你永远不明白这句话是什么意思
范文一：高二物理选修3-2
电磁感应
1. 如图所示,一无限长直导线通有电流 I ,有一矩形线圈与其共面.当电流 I 减小时,
矩形线圈将:( )
A. 向左平动 B. 向右平动
C. 静止不动 D. 发生转动
2. 如图所示,有一固定的超导体圆环,在其右侧放着一条形磁铁,此时圆环中没有电流.当把磁铁向右
方移动时,由于电磁感应,在超导体圆环中产生了一定电流:( )
A. 该电流的方向如图中箭头所示.磁铁移走后,这电流很快消失
B. 该电流的方向如图中箭头所示.磁铁移走后,这电流继续维持
C. 该电流的方向与图中箭头方向相反.磁铁移走后,电流很快消失
D. 该电流的方向与图中箭头方向相反.磁铁移走后,电流继续维持
3. 如图所示,金属圆环放在匀强磁场中,将它从磁场中匀速拉出,下列哪个说法是正确的( )
A. 向左拉出和向右拉出,其感应电流方向相反
B. 不管向什么方向拉出,环中感应电流方向总是顺时针的
C. 不管向什么方向拉出,环中感应电流方向总是逆时针的
D. 在此过程中,感应电流大小不变
4. M 和 N 是绕在一个环形铁心上的两个线圈,绕法和线路如图所示.现将开关 K 从 a
处断开,然后合向 b 处.在此过程中,通过电阻 R 2的电流方向是:( )
A. 先由 c 流向 d ,后又由 c 流向 d
B. 先由 c 流向 d ,后由 d 流向 c
C. 先由 d 流向 c ,后又由 d 流向 c
D. 先由 d 流向 c ,后由 c 流向 d
5. 如图所示, A 、 B 为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置. A 线圈中通有如图 (a ) 所
示的交流电 i ,则:( )
A. 在 t 1到 t 2时间内 A 、 B 两线圈相吸
B. 在 t 2到 t 3时间内 A 、 B 两线圈相斥
C. t 1时刻两线圈间作用力为零
D. t 2时刻两线圈间作用力最大
6. 如图所示, 一个 N 极朝下的条形磁铁竖直下落, 恰能穿过水平放置的固定小方形导线
框( )
A. 磁铁经过图中位置⑴时,线框中感应电流沿 abcd 方向,经过位置⑵时,沿 adcb
方向
B. 磁铁笋过⑴时,感应电流沿 adcb 方向,经过⑵时沿 abcd 方向
C. 磁铁经过⑴和⑵时,感应电流都沿 adcb 方向
D. 磁铁经过⑴和⑵时,感应电流都沿 abcd 方向
7. 一平面线圈用细杆悬于 P 点, 开始时细杆处于水平位置, 释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动. 已
知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置 I 和位置Ⅱ时,顺着磁场的方向看去,线圈中感 应电流的方向分别为:( )
A. 逆时针方向 逆时针方向
B. 逆时针方向 顺时针方向
C. 顺时针方向 顺时针方向
D. 顺时针方向 逆时针方向.
8. 如图所示,闭合矩形线圈 abcd 从静止开始竖直下落,穿过一个匀强磁场区域,此
磁场区域竖直方向的长度远大于矩形线圈 bc 边的长度. 不计空气阻力, 则:( )
A. 从线圈山边进入磁场到口 6边穿出磁场的整个过程中,线圈中始终有感应电流
B. 从线圈 dc 边进入磁场到 ab 边穿出磁场的整个过程中, 有一个阶段线圈的加速度
等于重力加速度
C. dc 边刚进入磁场时线圈内感生电流的方向, 与 dc 边刚穿出磁场时感生电流的方
向相反
D. dc 边刚进入磁场时线圈内感生电流的大小,与 dc 边刚穿出磁场时的感生电流的大小一定相等
9. 一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中,设向里为磁感强度 B 的正方向,线圈中的箭头为电流 i
的正方向 (如图所示 ) . 已知线圈中感生电流 i 随时间而变化的图像如图所示, 则磁感强度 B
随时间而变
化的图像可能是:( )
10. 如图所示的电路中, A 1和 A 2是完全相同的灯泡,线圈 L 的电阻可以忽略.下列
说法中正确的是:( )
A. 合上开关 K 接通电路时, A 2先亮, A 1后亮,最后一样亮
B. 合上开关 K 接通电路时, A 1和 A 2始终一样亮
C. 断开开关 K 切断电路时, A 2立刻熄灭, A l 过一会儿才熄灭
D. 断开开关 K 切断电路时, A 1和 A 2都要过一会儿才熄灭
11. 如图所示为演示自感现象的实验电路图, L 是电感线圈, A 1、 A 2是规格相同的
灯泡, R 的阻值与 L 的电阻值相同,当开关 K 由断开到合上时,观察到的自感
现象是 ,最后达到同样亮.
12. 电阻为 R 的矩形导线框 abcd ,边长 ab =L , ad =h ,质量为 m ,自某一高度自由
落下,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为 h (如图所
示 ) . 若线框恰好以恒定速度通过磁场, 线框中产生的焦耳热是 。
(不考虑空气阻力 )
13. 如图所示,一边长 L =0.50m ,电阻 R =0.40Ω的正方形线圈,在外力的作用下,
以 v =2.0m/s的速度匀速进入磁感强度 B =0.04T 的匀强磁场,线圈平面与磁感
线垂直,试求线圈在如图所示位置时外力的功率.
14. 如图所示,在一磁感强度 B =0.5T 的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放 置着两根相距为 h =0.1m
的平行金属导轨 MN 与 PQ ,导轨的电阻忽略不计.在 两根导轨的端点 N 、 Q 之间连接在阻值 R =0.3Ω的电阻,导轨上跨接一根长为 L =0.2m ,每米长电阻为 r =2.0Ω/m 的金属棒 ab ,金属棒与导轨正 交放置,交点为 c 、 d .当金属棒以速度 v =4.0m/s向左做匀速运动时,试求:
(1)电阻 R 中的电流强度大小和方向.
(2)使金属棒做匀速运动的外力.
(3)金属棒 ab 两端点间的电势差.
15. 如图所示,在水平台面上铺设两条很长但电阻可忽略的平行导轨 MN 和 PQ ,轨间宽度 l=0.50m .水平
部分是粗糙的,置于匀强磁场中,磁感强度 B =0.60T ,方向竖直向上.倾斜部分是光滑的,该处没有 磁场.直导线 a 和 b 可在导轨上滑动,质量均为 m =0.20kg ,电阻均为 R =0.15Ω. b 放在水平导轨上, a 置于斜导轨上高 h =0.050m 处,无初速释放. (设在运动过程中 a 、 b 间距离足够远,且始终与导轨 MN 、 PQ 接触并垂直;回路感应电流的磁场可忽略不计, (g=10m/s2) 求:
⑴由导线和导轨组成回路的最大感应电流是多少?
⑵如果导线与水平导轨间的摩擦系数 μ=0.10, 当导线 b 的速度达到最大值时, 导线 a 的加速度大小是 多少?
范文二：高二物理选修2-3
电荷及其守恒定律
一、电荷
1、物体有这种能吸引轻小物体的性质,就说它带了电荷,简称带了电.
2、自然界中只存在两种电荷:正电荷和负电荷.
3、同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引.
思考:不显电性的物体内有电荷吗?
答案:
物体由原子组成,原子由电子和原子核组成,而原子核又由中子和质子组成.其中 质子带正电,电子带负电,原子所含的电子数和质子数相等,因此不显电性的物体内同 样存在电荷.
二、使物体带电的三种方式
1、摩擦起电:由于相互摩擦的物体间电子的得失而使物体分别带上了等量异种电荷.
2、感应起电:
①静电感应:当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自 由电荷便会趋向或远离带电体, 使导体靠近带电体的一端带异号电荷, 远离的一端带同 号电荷.这种现象叫做静电感应.
②感应起电:利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电.
3、接触起电:用带电物体与不带电物体接触或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物 体相接触,都可以使物体带电.
三、电荷守恒定律
1、内容
电荷既不能创造,也不能消灭,只能从物体的一部分转移到另一部分,或者从一个 物体转移到另一个物体.在任何转移的过程中,电荷的总量不变.
2、使物体带电的实质:电荷的转移.
四、元电荷
1、 通常把 e=1.60×10-19C 的电荷叫做元电荷. 所有带电体的电荷都是元电荷的整数倍. 元 电荷并非是一种电荷,而是最小电荷量值,它也是电荷量的最小单位.
2、电子的电荷量和其质量的比值,叫做电子的比荷.
电子的比荷为 =1.76×1011C/kg
思考:有人说质子或电子是元电荷,对吗?质子和电子的比荷相同吗?
答案:
不是.元电荷是最小的带电单位,不是带电粒子,没有电性之说.质子、电子的电 荷量相同,但质子质量远大于电子,所以电子的电荷大于质子的电荷.
例 1、 A 导体带负电荷, B 导体带同样多的正电荷,将 A , B 两导体连在一起,以下说法 正确的是()
A .两导体上的正负电荷完全消失了
B . A 导体上的负电荷全部跑到 B 导体上去了, 而 B 导体上的正电荷全部跑到 A 导体上去 了
C . A 导体上的一部分负电荷跑到 B 导体上,而 B 导体上的一部分正电荷跑到 A 导体上, 刚好被中和
D .以上说法均不正确
解析:容易错选 AB .
错选原因为:
从电荷的中和结果是彼此不带电的认识上,误认为电荷消失了,从而错选 A .这其 实违背了电荷守恒定律.
没有考虑到只有自由电荷才可以定向移动,从而错选 B .导体中只有自由电子可以 自由移动.
正确选项为 D . A , B 两个导体带有等量的异种电荷,把它们连在一起,发生了电中 和现象. 其实质是 A 导体上的多余电子 (负电荷 ) 全部跑到 B 导体上,与 B 导体上等量的 正电荷中和了.
答案:D
点评:
(1)等量异种电荷的中和是正、负电荷完全相互抵消,即净电荷为零.正、负电荷 本身依然存在,并不是正、负电荷分别消失.电荷既不能创造,也不能消失.可见电荷 的中和是“净电荷”的减少或消失.
(2)在导体中, 只有能自由移动的电荷才能发生移动. (如金属导体中能移动的是带 负电的电子 )
例 2、使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开.下列各图表示验电器 上感应电荷的分布情况,正确的是()
答案:B
例 3、 绝缘细线上端固定, 下端悬挂一个轻质小球 a , a 的表面镀有铝膜, 在 a 的近旁有 一绝缘金属球 b ,开始时, a 、 b 都不带电,如图所示,现使 a 、 b 分别带正、负电,则 ()
A . b 将吸引 a ,吸引后不放开
B . b 先吸引 a 接触后又分开
C . a 、 b 之间不发生相互作用
D . b 立即把 a 排斥开
答案:B
解析:
因 a 带正电, b 带负电,异种电荷相互吸引,轻质小球将向 b 靠拢并与 b 接触;当 小球 a 与 b 接触后,将对两球所带的电荷进行重新分配,结果两球带同种电荷 (正电或 负电 ) ,因此两球将会排斥开.若 a 、 b 原先带电荷量相等,则 a 、 b 接触后中和而都不 带电, a 、 b 由此分开.
库伦定律(一)
一、点电荷
1、在带电体的大小比起它到其它带电体的距离小得多,以致带电体的形状和电荷在它 上面的分布已无关紧要时,带电体可视为点电荷.
2、点电荷是只有电荷量,没有大小、形状的理想化的模型,类似于力学中的质点,实 际并不存在.
特别提醒:
物理学中的理想模型是不存在的, 但是在处理某些问题时往往要抓住主要矛盾, 忽 略次要因素,建立理想模型,这样可使研究的问题大大简化,同时可得到物理本质的东 西.否则,将是一团乱麻,无从下手,寸步难行.
思考:
现有一个半径为 20cm 的带电圆盘,问能否把它看作点电荷 ?
答案:
能否把带电圆盘看作点电荷,不能只看大小,要视具体情况而定.若考虑它与 10m 远处的一个电子的作用力时,完全可以把它看作点电荷;若电子距圆盘只有 1mm 时,这 一带电圆盘又相当于一个无限大的带电平面,而不能看作点电荷.
二、库仑定律
1、 内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力 F 的大小, 跟它们的电荷量 Q 1、 Q 2的乘积 成正比,跟它们的距离 r 的二次方成反比,作用力的方向沿着它们的连线.
2、库仑力 (静电力 ) 的大小:,其中静电力常量 k=9.0×109N ·m 2/C2.
3、方向:在两点电荷的连线上,同种电荷相斥,异种电荷相吸.
4、定律的适用范围:真空中的点电荷.
三、应用库仑定律解题应注意的问题
1、适用条件:真空中两个点电荷间的相互作用.
2、库仑力具有力的一切性质:矢量性、相互性等,两点电荷间的库仑力是相互作用的, 其大小相等,方向相反.
3、将计算库仑力的大小与判断库仑力的方向两者分别进行.即用公式计算库仑力大小 时,不必将表示电荷 Q 1、 Q 2的带电性质的正、负号代入公式中,只将其电荷量的绝对值 代入公式中从而算出力的大小; 力的方向再根据同种电荷相互排斥, 异种电荷相互吸引 加以判定.
4、要统一国际单位,与 k=9.0×109N ·m 2/C2统一.
5、如果一个点电荷同时受到另外两个或更多的点电荷的作用力,可根据静电力叠加的 原理求出合力.
例 1、两个半径均为 r 的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为 r ,带等量异种电 荷,电荷量为 Q ,两球之间的静电力为下列选项中的哪一个()
A .等于 B .大于 C.小于 D .等于
解析:
由于两带电体带等量异种电荷, 电荷间相互吸引, 因此电荷在导体球上的分布不均 匀,会向正对的一面集中,电荷间的距离就要比 3r 小.根据库仑定律,静电力一定大
于 .电荷的吸引不会使电荷全部集中在相距为 r 的两点上,所以说静电力也不等 于 .正确选项为 B .
例 2、 (福建仙游现代中学高二检测 ) 关于库仑定律的公式 ,下列说法中正确 的是()
A .当真空中的两个点电荷间的距离 r →∞,它们之间的静电力 F → 0
B .当真空中的两个点电荷间的距离 r → 0时,它们之间的静电力 F →∞
C .当两个点电荷之间的距离 r →∞时,库仑定律的公式就不适用了
D .当两个点电荷之间的距离 r → 0时,电荷不能看成是点电荷,库仑定律的公式就不适 用了
答案:AD
例 3、如图所示,光滑平面上固定金属小球 A ,用长 L 0的绝缘弹簧将 A 与另一个金属小 球 B 连接,让它们带上等量同种电荷,弹簧伸长量为 x 1,若两球电荷量各漏掉一半,弹 簧伸长量变为 x 2,则有()
A. B. C. D.
解:
以 B 球为研究对象,因 B 球先后平衡,于是有弹簧弹力等于库仑力,则
漏电前,有:
漏电后,有:
联立解得:
由于 L 0+x 2
答案:C
库仑定律(二)
——电荷的平衡问题
一、解题的基本步骤
1、受力分析,画受力示意图.
2、根据平衡条件列方程.
二、实例分析
例 1、在真空中有两个相距 r 的点电荷 A 和 B ,带电荷量分别为 q 1=-q , q 2=4q.
(1)若 A 、 B 固定,在什么位置放入第三个点电荷 q 3,可使之处于平衡状态,平衡条 件中对 q 3的电荷量及正负有无要求 ?
(2)若以上三个电荷皆可自由移动,要使它们都处于平衡状态,对 q 3的电荷量及电 性有何要求 ?
(3)若 q 1=q,第二问中的答案又如何 ?
解析:
若 q 1、 q 2是固定的,要使 q 3平衡,只要使 q 1、 q 2对 q 3的静电力大小相等、方向相反 即可.如果 q 1、 q 2、 q 3三者都是不固定的,则要同时使三个电荷受的静电力的合力都等 于零,需要同时分析三个电荷的受力情况.
(1)让 q 3受力平衡,必须和 q 1、 q 2在同一条直线上,因为 q 1、 q 2带异种电荷,所以 q 3不可能在它们中间.再根据库仑定律,静电力和距离的平方成反比,可推知 q 3应该在 q 1、 q 2的连线上 q 1的外侧 (离小电荷量电荷近一点的地方 ) .如图所示.设 q 3离 q 1的距离
是 x ,根据库仑定律和平衡条件列式:
.
将 q 1、 q 2的已知量代入得:x=r,对 q 3的电性和电荷量均没有要求.
(2)要使三个电荷都处于平衡状态,就对 q 3的电性和电荷量都有要求.首先 q 3不能 是一个负电荷,若是负电荷, q 1、 q 2都不能平衡,也不能处在它们中间或 q 2的外侧.根
据库仑定律和平衡条件列式如下:对 q 3:,对 q1:, 解上述两个方程得 q 3=4q, x=r.
(3)若 q 1=q,则 q 应该是一个负电荷,必须放在 q 1、 q 2之间,如图所示.根据库仑定 律和平衡条件列式如下,对 q 1:,对 q 3:
解上述方程得:q 3=4q/9, x=r/3.
例 2、如图把一带正电的小球 a 放在光滑绝缘斜面上,欲使球 a 能静止在斜面上,需在 MN 间放一带电小球 b ,则 b 应()
A .带负电,放在 A 点 B .带正电,放在 B 点
C .带负电,放在 C 点 D .带正电,放在 C 点
答案:C
解析:
对 a 受力分析, 除重力、 支持力以外, 还受库仑力, 三力合力为零, 结合 a 的重力、 支持力的方向可判断,无论 B 点放置正或负的电荷,都不能满足条件,若在 A 点放,则 必须是正电荷,若在 C 点放,则必须是负电荷, C 对, A 、 B 、 D 错.
例 3、如图所示,悬挂在 O 点的一根不可伸长的绝缘细线下端有一个带电量不变的小球 A , 在两次实验中, 均缓慢移动另一带同种电荷的小球 B , 当 B 到达悬点 O 的正下方并与 A 在同一水平线上, A 处于受力平衡时, 悬线偏离竖直方向的角度为 θ. 若两次实验中 B 的电量分别为 q 1和 q 2, θ分别为 30°和 45°,则 q 2/q1为()
A . 2 B . 3 C . D .
解析:
对 A 球受力分析如图所示, 由于绳子的拉力和点电荷的斥力的合力大小等于 A 小球 的重力,满足关系 =tanθ,可得 F 电 =mA gtan θ.①
又由 AB 之间静电力:F 电 =②
若绳长为 L ,则 A 、 B 球间的距离 r=Lsinθ③
由①②③式联立求解可得:, 可见 q 与 tan θ·sin θ成正比.
代入数据得:,故正确选项为 C .
答案:C
点评:
本题重点考查库仑力参与的力的平衡问题, 处理本题时用三角形法则建立直角三角 形, 直接写出 F=Gtanθ比用正交分解法省时. 若考生审题时,把图中 h 做不变量, 表示 为 r=htanθ,会错选 D ,所以 D 项为“陷阱”项.
例 4、 (南宁高二检测 ) 如图所示,竖直绝缘墙壁上的 Q 处有一个固定的质点 A .在 Q 的 上方 P 点用丝线悬挂着另一个质点 B . A 、 B 两质点因带同种电荷而相斥,致使悬线与竖 直方向成 θ角,由于漏电使 A 、 B 两质点的带电量逐渐减少,在电荷漏完之前悬线对 P 点的拉力大小将()
A .保持不变 B .先变小后变大
C .逐渐减小 D .逐渐增大
答案:A
解析:以 B 为研究对象,受力分析如图所示,由相似三角形对应边成比例知:
mg/PQ=FT /PB,所以 ,故 F T 保持不变.
电场强度(一)
一、电场
1、电荷的周围存在着电场,带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的.
2、电场是客观存在的一种特殊物质,与客观上的物质不同.
3、基本性质:是对放入其中的电荷有力的作用.这也是检验空间是否存在电场的依据 之一.
特别提醒:电场虽然看不见、摸不着,但是电场也跟由原子、分子组成的物质一样 确实存在, 而且具有能量等物质属性, 故电场也是一种物质, 只不过是一种特殊的物质.
电荷周围存在电场, 那么把另一个电荷放在电场中的不同位置,受电场力有什么不 同?
二、电场强度
1、定义:放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值叫做该点的电场 强度.
2、公式:E=F/q
3、单位:牛 /库,符号 N/C或 V/m.
4、方向:规定为正电荷在该点受的电场力的方向,所以电场强度是矢量.
5、某点的场强为 1N/C,它表示 1C 的点电荷在此处会受到 1N 的电场力作用.
6、物理意义:电场强度是反映电场本身的力的性质的物理量,其大小表示电场的强弱.
注意:公式 E=F/q是电场强度的比值定义式,适用于一切电场,电场中某点的电场 强度仅与电场及具体位置有关, 与试探电荷的电荷量、 电性及所受电场力 F 大小无关. 所 以不能说 E ∝ F , E ∝ 1/q.
三、点电荷的场强
1、公式:E=kQ/r2, Q 为真空中点电荷的带电量, r 为该点到点电荷 Q 的距离.
2、方向:若 Q 为正电荷,场强方向沿 Q 和该点的连线指向该点;若 Q 为负电荷,场强 方向沿 Q 和该点的连线指向 Q .
3、适用条件:真空中点电荷.
四、电场强度的叠加
1、如果场源电荷不只是一个点电荷,则电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该 点产生的电场强度的矢量和.这种关系叫做电场强度的叠加.
2、电场强度是矢量,场强的叠加本质是矢量叠加,所以应该用平行四边形定则.
3、电场的叠加原理对任何电场都适用,注意只有同时共同形成电场时才能叠加. 思考:利用电场强度的叠加定性分析
(1) 等量异种点电荷的中垂线上, 各点的场强分布有何特点?两电荷的连线上呢?
(2) 等量同种点电荷的中垂线上, 各点的场强分布有何特点?两电荷的连线上呢? 答案:
(1)等量异号点电荷如图所示.
①两电荷连线的中垂线上:各点的场强方向为由正电荷的一边指向负电荷的一边, 且与中垂线垂直, O 点的场强最大, 从 O 点沿中垂线向两边逐渐减小, 直到无穷远为零; 中垂线上任意一点 a 与该点关于 O 点的对称点 b 的场强大小相等,方向相同.
②两电荷的连线上:各点的场强方向由正电荷沿两电荷的连线指向负电荷, O 点的 场强最小, 从 O 点沿两电荷的连线上, 任一点 c 与该点关于 O 点的对称点 d 的场强大小 相等,方向相同.
(2) 等量同号点电荷如图所示. ①两电荷连线的中垂线上:O 点和无穷远处的场强 均为零,所以在中垂线上,由 O 点的场强为零开始,场强先增大,后逐渐减小,到无穷 远处时减小为零; 中垂线上任一点 a 与该点关于 O 点的对称点 b 的场强大小相等, 方向 相反.②两电荷的连线上:在两电荷的连线上,每点场强的方向由该点指向 O 点,大小
由 O 点的场强为零开始向两端逐渐变大; 任意一点 c 与该点关于 O 点的对称点 d 的场强 大小相等,方向相反.
例 1、关于电场,下列叙述正确的是()
A .以点电荷为圆心, r 为半径的球面上,各点的场强都相同
B .正电荷周围的电场强度一定比负电荷周围的电场强度大
C .电场中某点放入试探电荷 q ,该点的场强 E=F/q,取走 q 后,该点场强不变
D .电荷所受电场力很大,该点电场强度一定很大
解析:
A :场强是矢量,不仅有大小,而且有方向,以点电荷 Q 为圆心,半径为 r 的球面 上,场强的大小 E=kQ/r2,但方向不同,故 A 错误.
B :在正电荷和负电荷周围确定场强的方法相同,用试探电荷 q 放到被考察点, q 所受的电场力为 F ,那么 E=F/q.由此可见,何处场强大,何处场强小,与电荷的正负 并没有什么关系,故 B 也错误.
C :电场强度 E 是电场的性质,试探电荷是用来体现这一性质的“工具”,就像用 温度计测量水的温度一样,温度计插入水中,水的温度就由温度计显示出来,取走温度 计,水的温度仍然如此,不会消失,故 C 正确.
D :E=F/q一式中, E 的大小并不是由 F 、 q 来决定的.在电场中某一点放入一试探 电荷 q ,那么 q 越大, F 越大,而 F/q这一比值将不变.故 D 错误.
答案:C
点评:
通过本例的分析,可使学生全面地理解场强的定义.场强是由电场本身决定的,与 试探电荷 q 无关.
例 2、下列说法中正确的是()
A .电场强度反映了电场力的性质,因此电场中某点的场强与试探电荷在该点所受的电 场力成正比
B .电场中某点的场强等于 F/q,与试探电荷的受力大小及电荷量有关
C .电场中某点的强度方向即带正电的试探电荷在该点的受力方向
D .公式 E=F/q和 E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的
答案:C
例 3、如图所示,一电子沿等量异种电荷的中垂线由 A → O → B 移动,则电子所受的电场 力的大小和方向变化情况是()
A .先变大后变小,方向水平向左
B .先变大后变小,方向水平向右
C .先变小后变大,方向水平向左
D .先变小后变大,方向水平向右
解析:
由电场的叠加原理, 等量异种电荷在中垂线上的电场强度在 O 点最大, 离 O 点越远 场强越小,但各点的方向是相同的,都水平向右(如下图).
电子在中垂线上移动时,受到的电场力与场强的方向相反,即水平向左.
故正确选项是 A .
答案:A
电场强度(二)
一、电场线
1、定义:如果在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向,都跟该点的场强 方向一致,这样的曲线就叫做电场线.
2、物理意义:电场线是为了形象地描述电场而假想的线,并不真实存在.
3、特点:
(1)电场线始于正电荷,止于负电荷,在正电荷形成的电场中,电场线起于正电 荷延伸到无穷远处;在负电荷形成的电场中,电场线起于无穷远处,止于负电荷.
(2)电场线不闭合,也不是带电粒子的运动轨迹.
(3)在同一电场里,电场线越密的地方,场强越大,电场线越稀的地方,场强越 小.
(4)电场线上每一点的切线方向跟这一点的场强方向一致.
(5)电场线既不相交,也不相切.
4、几种常见的电场的电场线线如图所示:
二、匀强电场
(1)各点场强大小和方向都一样的电场,叫做匀强电场.
(2)匀强电场的电场线是疏密均匀的平行直线.
特别提醒:相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板之间的电场, 可以看做匀强电 场.
例 1、把质量为 m 的正点电荷 q ,在电场中从静止释放,在它运动过程中如果不计重力, 下述正确的是()
A .点电荷运动轨迹必与电场线重合
B .点电荷的速度方向,必定和所在点的电场线的切线方向一致
C .点电荷的加速度方向,必与所在点的电场线的切线方向一致
D .点电荷的受力方向,必与所在点的电场线的切线方向一致
解析:
虽正点电荷 q 由静止释放, 在初始时刻沿受力方向 (即该点电场线的切线方向 ) 运动, 但下一时刻正电荷的速度方向与此时所受电场力方向通常情况不一致 (匀强电场中除 外 ) ,出现夹角,该粒子不再沿电场线方向运动.因此,其运动轨迹不再与电场线重合, 其速度方向与电场力方向不再一致 (初始时刻除外 ) ,故 A 、 B 选项不正确;该点电荷的 加速度方向, 也即电荷所受电场力方向必与该点场强方向一致, 即与所在点的电场线的 切线方向一致,故 C 、 D 选项正确.
答案:CD
点评:
电场中某点的场强方向, 规定为正电荷在该点的受力方向. 场强的情况用电场线形 象描述时,方向是电场线的切线方向.但一定要让学生明确:电场线不是电荷在电场中 的运动轨迹.
例 2、 (东莞高二检测 ) 如图所示,直线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,曲 线是某一带电粒子通过电场区域时的运动轨迹, a 、 b 是轨迹上两点. 若带电粒子运动中 只受电场力作用,根据此图可以做出的判断是()
A .带电粒子所带电荷的符号
B .带电粒子在 a 、 b 两点的受力方向
C .带电粒子在 a 、 b 两点的加速度何处大
D .带电粒子在 a 、 b 两点的加速度方向
答案:BCD
解析:
由带电粒子在电场中运动的轨迹可判定受力的方向, 由电场线的疏密程度可判定电 场力的大小,根据牛顿第二定律可判加速度的大小,所以 BCD 选项正确.
例 3、竖直放置的两块足够长的平行金属板间有匀强电场.其电场强度为 E ,在该匀强 电场中,用丝线悬挂质量为 m 的带电小球,丝线跟竖直方向成 θ角时小球恰好平衡,如 图所示,请问:
(1)小球带电荷量是多少 ?
(2)若剪断丝线,小球碰到金属板需多长时间 ?
解析:
(1)由于小球处于平衡状态,对小球受力分析如下图所示.
Tsin θ=qE ①
Tcos θ=mg ②
(2)由第 (1)问中的方程②知 , 而剪断丝线后小球所受电场力和重力的合力 与未剪断丝线时丝线的拉力大小相等,
故剪断丝线后小球所受重力、电场力的合力等于
.小球的加速度 a==g/cosθ,小球由静止开始沿着丝线拉力的反方向做匀加
速直线运动,当碰到金属板上时,它走的位移为
答案:
点评: 解答本题的方法和解力学题的方法完全一样, 只不过多了个电场力,同学们解答此 题时注意分析清楚小球的位移为 .
电势能和电势(一)
一、电场力做功的特点
1、在电场中移动电荷时,电场力做的功与路径无关,只与始末位置有关.
2、在匀强电场中,电场力做的功为 W=qEd,其中 d 为沿电场线方向的位移.
二、电势能
1、电荷在电场中,由于电场与电荷间相互作用,由位置决定的能量叫做电势能.
2、和重力势能一样,电势能具有相对性,通常取无穷远处或大地为电势能的零点.
3、电场力对电荷做正功,电荷的电势能就减小,克服电场力做功,电荷的电势能就增 加.即 W 电 =-△ E p
. 思考:结合下图讨论静电力做功与电势能变化的关系是怎样的?
答案:
(1)从 A 到 B 静电力对电荷做正功,其电势能减小;
(2)从 B 到 A 电荷克服静电力做功其电势能增加.
三、电势
1、定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势.
2、公式:
3、在国际单位制中,电势的单位是伏特,符号为 V .
4、电势是描述电场能的性质的物理量,它在数值上等于单位正电荷由该点移动到参考 点(零势点)时电场力所做的功.电势是一个标量,由电场本身性质决定,与参考点选 取有关,与放入的试探电荷无关.
5、判断电势高低的办法有:①在电场中沿着电场线的方向,电势逐渐降低;②在电场 力作用下,静止的正电荷从高电势移向低电势.
例 1、如图所示,在两点电荷+Q 1和-Q 2连线的延长线上有 a 、 b 、 c 三点,测得 b 点的 场强为零.现将一个检验电荷+q 从 a 点沿直线经过 b 点移到 c 点,在此过程中检验电 荷+q 的电势能变化情况为()
A .不断增加 B .先增加后减少 C.不断减少 D .先减少后增加
答案:B
例 2、如图所示, P 、 Q 是等量的正点电荷, O 是它们连线的中点, A 、 B 是中垂线上的两 点, OA
A . E A 一定大于 E B , 一定大于 B. E A 不一定大于 E B , 一定大于
C . E A 一定大于 E B , 不一定大于 D. E A 不一定大于 E B , 不一定大于
解析:
P 、 Q 所在空间中各点的电场强度和电势由这两个点电荷共同决定, 电场强度是矢量, P 、 Q 两点电荷在 O 点的合场强为零,在无限远处的合场强也为零,从 O 点沿 PQ 垂直平 分线向远处移动,场强先增大,后减小,所以 E A 不一定大干 E B ,电势是标量,由等量同
号电荷的电场线分布图可知,从 O 点向远处,电势是一直降低的,故 一定大于 . 评:(1)电场强度大的地方电势不一定高. (2)电场强度等于零的地方电势不一定等于零. 电势能和电势(二)
一、等势面
1、在电场中,电势相等的点组成的面叫做等势面.
2、等势面上各点电势相等,在等势面上移动电荷电场力不做功.
3、等势面一定跟电场线垂直,而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等 势面.
4、规定:画等势面时.相邻两等势面间电势差相等,这样,在等势面密处电场强度较 大,在等势面疏处,电场强度较小.
5、等势面不能相交,也不能相切 .
二、几种典型电场的等势面
(1)点电荷电场中的等势面:以点电荷为球心的一族球面,如图甲所示.
(2)等量异种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图乙所示.
(3)等量同种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图丙所示.
(4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面,如图丁所示.
(5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面,如图 G 所示.
说明:①带方向的线表示电场线,无方向的线表示等势面.
②图中的等势“面”画成了线,即以“线”代“面”.
思考:为什么电场中同一等势面或不同等势面都不能相交,也不能相切 ?
答案:因为电场线总跟等势面垂直, 如果等势面相交, 则交点处的电场线方向就有两个, 从而场强方向就不是惟一的, 这是不可能的; 如果等势面相切, 则在相切处等势面的 “密 度”为无穷大,表明场强为无穷大,这也是不可能的.
例 1、如图所示,实线为某电场中的电场线,虚线为一带电粒子运动的轨迹,则下列说 法 错误 的是(C )
A .粒子带负电
B .粒子在 A 点具有的电势能 E PA 小于粒子在 B 点具有的电势能 E PB
C .粒子在 A 点具有的动能 E KA 小于在 B 点具有的动能 E KB
D .粒子在 A 点的加速度小于在 B 点的加速度
解析:根据物体运动的轨迹判断, 该物体受到的电场力, 应向轨迹凹的一侧, 故 A 正确; 对于负电荷,顺着电场线方向移动,需克服电场力做功,负电荷的电势能增加,故 B 正 确;根据只有电场力做功,电势能与动能相互转化而总量保持不变这一结论,可确定 E KA >EKB ,故 C 错误;根据电场线的疏密反映电场的强弱而确定, E A
例 2、图中虚线表示匀强电场的等势面 1、 2、 3、 4.一带正电的粒子只在电场力的作用 下从电场中的 a 点运动到 b 点.轨迹如图中实线所示.由此可判断(ABD )
A . 1等势面电势最高 B.粒子从 a 运动到 b ,动能增大
C .粒子从 a 运动到 b ,电势能增大 D.在运动中粒子的电势能与动能之和不变
例 3、如图,光滑绝缘半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中,场强为 E .在与环心等 高处放有一质量为 m 、 带电+q 的小球, 由静止开始沿轨道运动, 下列说法正确的是 (B )
A .小球在运动过程中机械能守恒 B.小球经过环的最低点时速度最大
C .小球电势能增加 EqR D.小球由静止释放到达最低点,动能的增加量等于 mgR 解析:
小球在运动过程中除重力做功外,还有电场力做功,所以机械能不守恒, A 错;小 球运动到最低点的过程中, 重力与电场力均做正功, 重力势能减少 mgR , 电势能减少 EqR , 而动能增加 mgR +EqR ,到最低点时动能最大,所以速度最大,因此 B 正确, C 、 D 错误.
点评:涉及到能量转化题时,要找准功能对应关系,如电势能的变化看电场力做的功; 重力势能的变化, 看重力做的功; 机械能的变化, 看重力以外的力做的功; 动能的变化, 看合外力做的功.
电势差
一、电势差
1、定义:电场中两点间电势的差值.
2、表达式:.
3、电势差是标量,但有正负().
4、单位:V (伏).
特别提醒:电势差的正负,不代表电场中两点间电势差的大小,只是区分两点电势 的高低.如 5V 与-5V 表示电势差的大小是一样的.
讨论:
请你探究电场强度、电势差、电势和电势能几个概念的异同点?
答案:(1)电场强度、电势都是由电场本身决定的,与是否放入电荷无关;而电 势能是由电场和电荷共同决定的.
(2)电场强度是描述电场强弱和方向的物理量,也是反映电场力的性质的物理量; 而电势和电势能是反映电场能的性质的物理量.
(3)电势、电势能的大小与零参考点的选取有关,是相对的,而电势差的大小与 零参考点无关.
二、电势差与静电力做功的关系
1、公式推导
2、说明
(1) 由 U AB =WAB /q可以看出, U AB 在数值上等于单位正电荷由 A 移到 B 点时电场力所做 的功 W AB .若单位正电荷做正功, U AB 为正值;若单位正电荷做负功,则 U AB 为负值.
(2)公式 W AB =qUAB 适用于任何电场, U AB 为电场中 A 、 B 两点间的电势差. W AB 仅是电场 力的功,不包括从 A 到 B 移动电荷时,可能还有其他力的功.式中各量均有正、负,计 算中 W 与 U 的角标要对应,即:有 W AB =qUAB , W BA =qUBA .
(3)带符号运算.
例 1、在静电场中有 a 、 b 、 c 三点,有一个电荷 q 1=3×10-8C ,自 a 移到 b ,电场力做功 3×10-6J .另有一个电荷 q 2=-1×10-8C ,自 a 移到 c ,电场力做功 3×10-6J ,则 a 、 b 、 c 三点的电势由高到低的顺序是 __________, b 、 c 两点间的电势差 U bc 为 __________V.
解:
电荷 q 1从 a → b ,有
电荷 q 2从 a → c ,有
例 2、如图所示, a 、 b 、 c
表示点电荷的电场中的三个等势面,它们的电势分别为
. 一带电粒子从等势面 a 上某处由静止释放后,仅受电场力作用运动, 已知 它经过等势面 b 时的速率为 v ,则它经过等势面 c 时的速度为 _________.
答案:1.5v
解析:
依题条件知电场力做正功,设带电粒子电量为 q ,粒子到等势面 c 时的速率为 v ′,则
例 3、如图所示,质量为 m ,带电荷量为 q 的粒子,以初速度 v 0从 A 点竖直向上射入真 空中的沿水平方向的匀强电场中,粒子通过电场中 B 点时,速率 v B =2v0,方向与电场的 方向一致.则:
(1)小球沿竖直方向做什么运动 ?B 点竖直高度 h 为多大 ?
(2)A、 B 两点间电势差为多大 ?
答案:
(1)匀减速直线运动 (2)
解析:
(1)因为竖直方向只受重力作用,所以小球在竖直方向做匀减速直线运动.
竖直方向上 v 02=2gh
(2)由动能定理:
电势差与电场强度的关系
一、匀强电场中电势差和电场强度的关系
1、电场强度和电势差分别是从力和能的角度描述电场的物理量,它们分别与电荷在电 场中受的电场力和电场力对电荷做功相联系. 正像力和功有关系一样, 场强与电势差也 有一定的关系.
匀强电场中,有
W 电 =qU
又 W 电 =qEd
∴ U=Ed
2、在匀强电场中,沿场强方向的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积.
3、公式:U=E·d 或 E=U/d
4、说明
①公式 U=E·d 或 E=U/d中 d 必须是沿场方向的距离. 如果 ab 间距 L 不沿场强方向, 计算时, d 的取值为 L 在沿场强方向的投影长度,即为电场中这两点所在的等势面的垂 直距离.如图所示
② E=U/d是用于求匀强电场场强的公式.
③由公式又得出了一个场强的单位:“ V/m”,且 1V/m=1N/C.
思考:
(1)如图是一非匀强电场,某一电场线上 A 、 B 、 C 三点 ,比较 U AB 和 U BC 的大小.
(2)在同一幅等差等势面中,为什么等势面越密的地方场强越大?
答案:
(1)由电场线分布可知, AB 段的任一点的场强都大于 BC 段任一点的场强,故 AB 段场强的平均值 E 1大于 BC 段场强的平均值 E 2,又 故 U AB >U BC .
(2)在同一幅等势面中相邻等势面间的电势差相等,如果相邻等势面的间距越小 (等势面越密),场强 E=U/d就越大。
二、电场强度三个公式的对比
特别提醒:在选取物理公式时,首先要注意公式的适用条件,然后判断题目申物理情境 是否满足公式的适用条件.
三、 E=U/d的两个重要推论
(1)在匀强电场中,两长度相等且相互平行的线段的端点间的电势差相等.
当线段与场强平行时,由 U=Ed可知, d 相等, U 相同;当线段与场强不平行时,只 要沿场强方向的长度相等, U 相同.如图所示, □ ABCD 中, U AB =UDC , U BC =UAD .
(2)电势随空间位置变化越快,电场强度越强。
由 可知速度是位移对时间的变化率,位移随时间变化越快,速度越大;同理
由 E=U/d可知,电场强度是电势差对空间位置的变化率,电势随空间变化的快慢,反映 了电场强度的大小,场强方向是电势降落最快的方向.
例 1、图中 A 、 B 、 C 三点都在匀强电场中,已知 AC ⊥ BC ,∟ ABC=60°, BC=20cm。把一 个电荷量 q=10-5C 的正电荷从 A 移到 B ,电场力做功为零;从 B 移到 C ,电场力做功为-1.73×10-3J ,则该匀强电场的场强大小和方向是()
A . 865V/m,垂直 AC 向左 B , 865V/m,垂直 AC 向右 C . 1000V/m,垂直 AB 斜向上 D . 1000V/m,垂直 AB 斜向下 解析:
把电荷 q 从 A 移到 B 电场力不做功,说明 A 、 B 两点在同一等势面上.因该电场为 匀强电场,等势面应为平面,故图中直线 AB 即为等势线,场强方向应垂直于等势面, 可见,选项 A 、 B 不正确.
, B 点电势比 C 点低 173V ,因电场线指向电势
降低的方向,所以场强方向必垂直于 AB
斜向下,场强大小
。选项 D 正确.
答案:D 点评:
本题是前几节知识的综合应用,用到的概念较多,解题时要把握好各概念的特点及 内在联系,如电场力做功与电势差的关系,电势差与电场强度的关系等.透彻理解基础 知识是解决综合问题的基础.
例 2、如图所示, a 、 b 、 c 是一条电场线上的三个点,电场线的方向由 a 到 c , a 、 b 间 的距离等于 b 、 c 间的距离,用 φa
、 φb
、 φc
和 E a
、 E b
、 E c
分别表示 a 、 b 、 c 三点的电势 和电场强度,可以判定( )
A . φa
>φb
>φ
c
B . E a
>E b
>E c
C . φa -φb =φb -φc D . E a =Eb =Ec
解析:
电场线是沿直线的电场,通常有如图所示几种情况.
题中给出的一条电场线,不一定是哪一种,因此 B 、 C 、 D 均不正确.其中在前三个 图中可由 U=Ed定性分析.不论是何种情况的电场,沿着电场线方向电势总是降低的, 是 φa >φb >φc ,故 A 正确.
答案:A
点评:
本题考查了电势、 电场强度的定义以及电势差与电场强度的关系, U=Ed在匀强电场 和非匀强电场中的应用,后者只能定性分析,望同学们注意.
静电现象的应用
一、电场中的导体
静电感应:处于电场中的导体,由于电场力的作用,电荷出现重新分布的现象. 二、静电平衡
(1)静电平衡状态:导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态。
(2)特点:
(a )如左图所示,处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近和较远的两端将感 应出等量的异种电荷,即“远同近异”.
(b )如右图所示,当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时,就 可把它们看做是一个大导体,有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通 过人体与大地构成一个大导体.
三、静电屏蔽
1、导体球壳(或金属网罩)内达到静电平衡后,内部不受外部电场的影响,这种现象 叫静电屏蔽。
2、静电屏蔽实质是利用了静电感应现象,使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢 量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽作用,其实是壳内两种 电场并存,矢量和为零而已.
3、若空腔导体接地,腔内带电体激发的电场对腔外空间不产生影响。
四、尖端放电
由于导体尖端的电荷密度很大,其附近电场很强,使得空气电离与尖端上的电荷中 和,这相当于导体从尖端失去电荷,这个现象叫尖端放电.
例 1、如图所示,接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q , a 、 b 点是金属板右侧表面的 两点,其中 a 到+Q 的距离较小.下列说法正确的是(取大地电势为零)()
A .由于静电感应,金属板右侧表面带负电,左侧表面带正电
B .由于静电感应,金属板右侧表面带负电,左侧表面不带电
C .整个导体,包括表面上的 a 、 b 点,是一个等势体,且电势等于零
D . a 、 b 两点的电场强度不为零,且 a 、 b 两点场强方向相同,但 a 点的场强比 b 点的场 强要强(大)一些
答案:BCD
解析:
金属板接地时,右侧表面仍有感应负电荷,而且 a 点附近的电荷面密度(单位表面 积的电荷量)比 b 点附近的电荷面密度要大些,场强要强(大)些,电场线也密一些; 整个金属板是等势体,右侧表面是等势面,电场线与等势面垂直,可见 a 、 b 两点的场 强方向都垂直指向右侧面,方向相同,选项 D 也正确.
电容器的电容(一)
一、电容器
1、概念:能够容纳电荷的装置.
2、基本结构:由两块彼此绝缘且又相互靠近的导体组成.
中间的绝缘物质——电介质.
3、带电特点:两板带等量异种电荷,电荷分布在两极相对的内侧.
通常说电容器带的电指的是一个极板所带电荷的绝对值.
4、板间电场:平行板电容器的极板间形成匀强电场.
5、电容器的充放电过程:
①充电过程:电能→电场能
电流流向正极板.
②放电过程:电场能→电能
电流从正极板流出.
6、常见电容器
分类:固定电容器和可变电容器.
二、电容
1、物理意义:电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量.
2、定义:电容器的带电量跟它的两板间的电势差的比值.
3、单位:F
1F=106μF=1012pF
注意:电容器的电容是反映电容器本身贮电特性的物理量, 由电容器本身的介质特 性与几何尺寸决定,与电容器是否带电,带电量的多少,板间电势差的大小等均无关.
4、平行板电容器的电容
注意:不是电容的定义式,而是电容大小的决定式.
——介电常数
介电常数是没有单位的.
例 1、下面关于电容器及其电容的叙述正确的是()
A .任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体,就组成了电容器,跟这两个导体是否 带电无关
B .电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和
C .电容器的电容与电容器所带电荷量成反比
D .一个电容器的电荷量增加△ Q=1.0×10-6C 时,两极间电压升高 10V ,则电容器的 电容无法确定
解析:
电容器既然是储存电荷的容器, 它里面有无电荷不影响其储存电荷的能力, A 正确; 电容器所带的电荷量指任一极板电荷量的绝对值, B 错;电容器的电容由电容器结构决
定,不随带电量的变化而变化, C 错, 可求电容器的电容, D 错.
答案:A
点评:
①将 C=Q/U, 与 E=F/q、 对比,弄清哪是定义式,哪是决定式. ②由 ,有时应用很方便.
电容器的电容(二) 一、两个公式
1、电容的定义式
2、平行板电容器的电容
二、 E 、 C 与 Q 、 U 、 d 、 S 的关系
1、电容器始终与电源相连
U 不变
d ↑
C ↓ Q=CU Q ↓
E ↓
S ↑
C ↑ Q=CU Q ↑
E 不变
2、充电后与电源断开的电容器 Q 不变
d ↓
C ↑ U=Q/C U ↓
E 不变
S ↓
C ↓ U=Q/C U ↑
E ↑
例 1、如图所示.电路中, A 、 B 为两块竖直放置的金属板, G 是一只静电计,开关 S 合 上后,静电计指针张开一个角度,下述哪些做法可使指针张角增大()
A .使 A 、 B 两板靠近一些
B .使 A 、 B 两板正对面积错开一些
C .断开 S 后,使 B 板向右平移拉开一些
D .断开 S 后,使 A 、 B 正对面积错开一些
解析:
图中静电计的金属杆接 A 极,外壳和 B 板均接地,静电计显示的是 A 、 B 两极板间 的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高.当合上 S 后, A 、 B 两板与电源两极相 连,板间电压等于电源电压不变,静电计指针张角不变;当断开 S 后,板间距离增大, 正对面积减小,都将使 A . B 两板间的电容变小,而电容器电荷量不变,由 C=Q/U可知, 板间电压 U 增大,从而静电计指针张角增大,答案应选 CD .
答案:CD
点评:
①在判断电容器相关物理量的变化时,首先要弄清哪些量是不变的,然后根据不变 量和相关公式推断其他待分析量的变化情况. ②若电容器充电后与电源断开,则带电荷 量 Q 不变;若电容器始终与电源相连,则电压 U 不变.③分析电容器物理量变化常用的
公式有:.④静电计是测量电势差的仪器,不能用于直流电 路中两点的电压.静电张角大,说明极板间电势差大.
例 2、下图的电路中 C 是平行板电容器,在 S 先触 1后又扳到 2,这时将平行板的板间 距拉大一点,下列说法正确的是()
A .平行板电容器两板的电势差不变
B .平行板电容器两板的电势差变小
C .平行板电容器两板的电势差增大
D .平行板电容器两板间的电场强度不变
答案:CD
例 3、如图所示,两平行金属板水平放置并接到电源上,一个带电微粒 P 位于两板间, 恰好平衡.现用外力将 P 固定住,然后固定导线各接点,使两板均转过 α角,如图虚线 所示,再撤去外力,则 P 在两板间()
A .保持静止
B .水平向左做直线运动
C .向右下方运动
D .不知 α角的值,无法确定 P 的运动状态
解析:
设原来两板间距为 d ,电势差为 U ,则 qE=mg.当板转过 α角时两板间距 d ′ =dcosα, ,此时电场力 F ′ =qE′ =qE/cosα,其方向斜向上,其竖直分力 F ′ y =Fcos
α=qE=mg,故竖直方向上合力为零,则 P 水平向左做匀加速直线运动.
答案:B
点评:平行板电容器内场强为匀强电场,其场强 ,当两极板接电源时其电压恒为 电源电动势.
带电粒子在电场中的运动(一)
一、带电粒子的加速
1、运动状态分析:带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场,受到的电场力与运 动方向在同一条直线上,作匀加速 (或匀减速 ) 直线运动.
其加速度为
2、常用方法:动能定理.
①若粒子的初速度为零,则 ;
②若粒子的初速度不为零,则 .
特别提醒:
静止的带电粒子在匀强电场中只受电场力作用将做匀加速直线运动, 如果是匀强电 场就跟物体在重力场中的自由落体运动相似; 而当初速度与电场力在一条直线上时,做 初速度不为零的匀变速运动.如果是非匀强电场中,加速度变化,带电粒子做非匀变速 直线运动.
二、带电粒子的偏转
1、运动状态分析:带电粒子以速度 v 0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强 电场中,受到恒定的与初速度方向成 90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动.
2、常用方法:运动的合成与分解,用类似平抛运动的方法分析处理.
①沿初速度方向做速度为 v0的匀速直线运动.
②沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动.
加速度:;
速度:
位移:
粒子离开电场时的偏转距离
离开电场时的偏转角
特别提醒:
对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解,但只能求出速度大小, 不能求出速度方向,涉及到方向问题,必须采用把运动分解的方法.
例 1、 若 m 、 q 各不相同的带电粒子从静止经过同一电场加速 (加速电压为 U 加 ) , 再进入 同一偏转电场 (偏转电压为 U 偏 ) ,则其偏移量 y 和偏转角 θ各为多少 ? 有何特点 ?
解析:
经加速后的速度 ,
故偏移量 (与电荷的 m 、 q 无关 )
偏转角 (与电荷的 m 、 q 无关 )
即偏移量 y 和偏转角 θ均与 m 、 q 无关.
例 2、在图所示的装置中, A 、 B 是真空中竖直放置的两块平行金属板,它们与调压电路 相连,两板间的电压可以根据需要而改变.
当两板间的电压为 U 时,质量为 m 、电量为-q 的带电粒子,以初速度 v 0从 A 板上 的中心小孔沿垂直两板的虚线射入电场中,在非常接近 B 板处沿原路返回, 在不计重力 的情况下, 要想使带电粒子进入电场后在 A 、 B 板的中点处返回, 可以采用的办法是 ()
A .使带电粒子的初速度变为 v 0/2
B .使 A 、 B 板间的电压增加到 2U
C .使初速度 v 0和电压 U 都减小到原来的一半
D .使初速度 v 0和电压 U 都增加到原来的 2倍
解析:
带电粒子进入电场后做匀减速直线运动,加速度大小为 ,其中 d 是 A 、 B 板间的距离.
带电粒子进入电场中的位移为
由此式可见:①当 v 0变为原来的 1/2时,位移为原来的 1/4;②当 U 变为原来的 2倍时,位移为原来的 1/2;③当 v 0与 U 同时变为原来的 1/2时,位移为原来的 l/2;④ 当 v 0与 U 同时变为原来的 2倍时,位移为原来的 2倍.
答案:BC
点评:
带电粒子在电场中, 既可加速运动, 也可减速运动. 作减速运动时, 电场力做负功, 是动能转化为电势能的过程.
带电粒子在电场中的运动(二)
一、示波管的原理
(1)主要构造:电子枪、偏转电极、荧光屏.
(2)原理:XX ′电极使电子束作横向(面向荧光屏而言)的水平匀速扫描, YY ′ 电极使电子束随信号电压的变化在纵向作竖直方向的扫描, 这样就在荧光屏上出现了随 时间而展开的信号电压的波形、 显然, 这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运 动合成的结果.
例 1、 如图所示是示波管工作原理示意图, 电子经加速电压 U 1加速后垂直进入偏转电场, 离开偏转电场时的偏转量为 h ,两平行板间的距离为 d ,电势差为 U 2,板长为 l .为了提 高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取哪些措施?
解析:
电子经 U 1加速后,设以 v 0的速度垂直进入偏转电场,由动能定理得:
①
电子在偏转电场中运动的时间 t 为:②
电子在偏转电场中的加速度 a 为:③
电子在偏转电场中的偏转量 h 为:④
由①②③④式联立解得到示波管的灵敏度 为:
可见增大 l 、减小 U 1或 d 均可提高示波管的灵敏度.
二、牛顿运动定律和运动学规律求解带电粒子在匀强电场中的往返直线运动
例 2、如图, AB 是一对平行放置的金属板,中心各有一小孔 P 、 Q , PQ 连线垂直于金属 板,两板间距为 d ,从 P 处连续不断地有质量为 m ,电荷量为+q ,重力不计的带电粒子 静止释放, 在 AB 间某时刻 t=0开始加有如图所示的交变电压, 电压大小为 U , 周期为 T , 不计粒子间相互作用力,求:
①如果只有在每个周期的 内释放的带电粒子能从小孔 Q 中射出,上述物理量 之间应满足怎样的关系.
②如果各物理量满足第 1问的关系, 求每个周期内从小孔 Q 中有粒子射出的时间和 周期 T 的比值.
解:
② 时刻释放的粒子,在 时从 Q 孔射出.
t=0时刻释放的粒子经 t 1时间从 Q 孔射出,则
由①②得
在 1个周期内,从 Q 孔有粒子射出的时间
带电粒子在电场中的运动(三)
——复合场中的运动问题
方法:(1)画受力示意图 .
(2)分析带电粒子的运动过程
(3)列方程求解
例 1、一平行板电容器的两个极板水平放置,两极板间有一带电量不变的小油滴.油滴 在极板间运动时所受空气阻力的大小与其速率成正比.若两极板间电压为零,经一段时 间后,油滴以速率 v 匀速下降;若两极板间的电压为 U ,经一段时间后,油滴以速率 v 匀速上升.若两极板间电压为-U ,油滴做匀速运动时速度的大小、方向将是()
A . 2v 、向下 B . 2v 、向上
C . 3v 、向下 D . 3v 、向上
答案:C
解析:
由题意知,未加电压时 mg=kv ①
加电压 U 时,电场力向上,设为 F ,则有 F=mg+kv ②
当加电压(-U )时,电场力向下,匀速运动时有
F +mg=kv′ ③
联立①②③得:v ′ =3v方向向下, C 选项正确.
例 2、两平行金属板电容器间的距离为 d=8cm,极板长 l=25cm,接在电压恒定的直流电 源上,有一带电液滴以 0.5m/s的初速度从两极中间水平射入,恰好做匀速直线运动,
当它运动到 P 处时,迅速将下板向上提起 ,液滴刚好从金属板末端 P ′飞出, g=10m/s2.
求:(1)下板向上提起后,液滴的加速度.
(2)液滴从射入开始运动至 P ′点所用时间.
解:
(1)液滴从 O → P 运动过程中,有
①
液滴从 P → P ′运动过程中,有
①③代入②,得
(2)液滴在电场中的运动时间为
从 P → P ′的时间为 t 2,则
从 0→ P 的时间为 t 1,则
t 1=t-t 2=0.3s.
例 3、水平向右匀强电场中有一质量为 m ,带正电的小球用长为 l 的绝缘细线悬挂于 O 点,当小球静止在 A 点时,细线与竖直方向夹角为 θ,现给小球一个垂直于悬线的初速 度,使小球恰能在竖直平面内做圆周运动,求小球在圆周运动过程中的 v max 及 v min .
解:
依题知
B 点速度最小
A 点速度最大,从 B → A 过程,由动能定理,得
电源和电流
一、电源
维持导体两端有一定电压的装置是电源. 电路中的电源能把其它形式的能转化为电 能,从而保持电源正负极之间有持续的电压.
二、恒定电场
1、形成:由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的.
2、基本性质:与静电场相同.
三、恒定电流
1、概念:大小、方向都不随时间变化的电流.
2、电流:表示电流强弱的物理量.(物理意义)
3、定义:单位时间内通过导体横截面的电荷量.
4、单位:安培(A )
1A=103mA=106μA
5、方向:规定正电荷定向移动的方向为电电流方向.
讲解:①金属导体中:自由电子定向移动与 I 的方向.
②电解液中:正负离子.
③电流是标量.
6、电流的微观表达式
设导体中单位体积内的自由电荷数为 n ,一个自由电荷的电荷量为 q ,电荷定向移 动的平均速率为 ,则
△ t 时间内能到达 S 的自由电荷数为
N=n△ t ·S
Q= n△ tS ·q
的数量级 10-5m/s.
例 1、关于电流,下列说法中正确的是()
A .通过导体横截面的电荷量越多,电流越大
B .电子运动速率越大,电流越大
C .单位时间内通过导线横截面的电荷量越多.导体中的电流就越大
D .因为电流有方向,所以电流是矢量
解析:
由 知 q 大, I 不一定大,还要看 t 的大小,故 A 错,由 I=nqSv知,电子运动 的速率 v 大,电流不一定大,电流还与 n 、 S 有关,故 B 错,单位时间内通过导线横截
面的电量越多,电流越大, C 对.电流虽有方向但不是矢量,合成遵循代数法则,故 D 错.
答案:C
点评:
电流由电荷的定向移动形成,从微观表达式来看, I=nqsv,电流与导体中的单位体 积的电荷数、电荷的电量、导线的横截面积、定向移动的速度这四个因素有关.电流有 大小也有方向但不是矢量,因此它不遵循平行四边形法则.
例 2、已知电子的电荷量为 e ,质量为 m ,氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为 r 的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少 ?
解析:
截取电子运动轨道的任一截面,在电子运动一周的时间 T 内,通过这个截面的电荷 量 q=e.则有:
①
再由库仑力提供向心力有:
②
解得
答案:
点评:解决这个题的关键是选取合适的过程,考虑到电子运动的周期性,选取一个周期 是最简洁的.
电动势
一、电源
(1)概念:通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置.
(2)原理:在电源内部非静电力做功,其他形式的能转化为电能;在电源的外部电路, 电场力做功,电能转化为其他形式的能.
(3)作用:保持两极间有一定电压,供给电路电能.
特别提醒:
(1)电源容量就是电源放电时能输出的总电荷量, 通常以安培小时 (A·h) 或毫安时 (mA·h) 为单位.
(2)电源的电容量与放电状态有关,同样的电源,小电流、间断性放电要比大电流、连 续放电的电容量大.
二、电动势
1、物理意义:表示电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量.
2、 定义:非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送电荷的比值叫电动势.
数值上等于把 1C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功.
3、单位:V
4、方向:E 是标量,但规定其方向为电源内部电流方向,即由负极经内部指向正极.
5、内阻:电源内部的电阻.
例 1、关于电源的说法正确的是()
A .电源外部存在着由正极指向负极的电场;内部存在着由负极指向正极的电场
B .在电源外部电路中,负电荷靠电场力由电源的负极流向正极
C .在电源内部电路中,正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极
D .在电池中,靠化学作用使化学能转化为电势能
解析:
无论电源内部还是外部电场都是由正极指向负极,故 A 错,在外部电路中,负电荷 靠电场力由负极流向正极,而内部电路中,正电荷由负极流向正极,因电场力与移动方
向相反,故必有非静电力作用在电荷上才能使其由负极流向正极,在电池中,靠化学作 用使化学能转化为电势能,故 B 、 C 、 D 正确.
答案:BCD
例 2、关于电动势下列说法中正确的是()
A .在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电能增加
B .对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C .电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功 越多
D .电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多 答案:AC
解析:
电源是将其他形式的能量转化为电能的装置,在电源内部把正电荷从负极移到正 极,非静电力做功,电能增加,选项 A 正确.电源电动势是反映电源内部其他形式能转 化为电能的能力的物理量, 电动势在数值上等于移送单位电荷量所做的功, 不能说电动 势越大,非静电力做功越多,也不能说电动势越大,被移送的电荷量越多,所以选项 C 正确.
欧姆定律
一、电源
(1)概念:导体两端的电压与通过的电流大小之比值,叫做导体的电阻.
(2)定义式:
①单位:欧姆,国际符号 Ω(1Ω=10-3k Ω=10-6M Ω)
② R 与 U 、 I 的大小无关,由导体本身的性质决定.
特别提醒:
电阻的定义式 R=U/I,表明了一种量度和测量电阻的方法,并不说明“电阻与导体 两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比”. R=U/I适用于所有导体,无论是“线 性电阻”还是“非线性电阻”.
范文三：高二物理 选修3-2(选择题)
物 理 试 题
一、 单项选择题 (本大题有 10小题,每小题 4分,共 40分)
1. 如图所示, 闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中, 匀强磁场的磁感应强度的大小 随时间变化。下列说法其中正确的是()
①当磁感应强度增加时,线框中的感应电流可能减小
②当磁感应强度增加时,线框中的感应电流一定增大
③当磁感应强度减小时,线框中的感应电流一定增大
④当磁感应强度减小时,线框中的感应电流可能不变
A . 只有②④正确 B . 只有①③正确
C . 只有②③正确 D . 只有①④正确
2. 交流发电机正常工作时产生的电动势 e = E m sin ωt , 若线圈匝数减为原来的一半 , 而转速增 为原来的 2倍 , 其他条件不变 , 则产生的电动势的表达式为()
A. e =E m sin ωt B. e =2E m sin ωt
C. e =2E m sin2ωt D. e =E m sin2ωt
3. 如图所示为一交变电流随时间变化的图象 , 此交流电的有效值是 ()
A.102A B.10 A C.72A D.7 A
4. 一矩形线圈, 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动. 线圈中的感应电动势 e 随时间 t 的变化如图所示.下面说法中正确的是:()
A . t1时刻通过线圈的磁通量为零
B . t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C . t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D .每当 e 变换方向时,通过线圈的磁通量绝对值都为最大
5. 在竖直向下的匀强磁场中,将一水平放置的金属棒以水平速度沿与杆垂直的方向抛出, 设棒在运动过程中不发生转动, 空气阻力不计, 则金属棒在做平抛运动的过程中产生的感应
电动势()
A. 越来越大 B. 越来越小 C. 保持不变 D. 无法判断 6. 理想变压器副线圈通过输电线接两个相同的灯泡 L 1和 L 2, 输电线 的等效电阻为 R ,开始时,开关 S 是断开的,如图图所示,在 S 接通 后,以下说法不正确的是()
A. 灯泡 L 1两端的电压减小 B. 通过灯泡 L 1的电流增大 C. 原线圈中的电流增大 D. 变压器的输入功率增大 7.如图所示, A 、 B 、 C 、 D 是四个相同的白炽灯,都处于正常发光 状态,则图中 ab 、 cd 两端电压 U1与 U2之比是()
A . 3∶ 1B . 4∶ 1 C . 3∶ 2D . 2∶ 1 8.半径为 r 带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺 口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属 板连接,两板间距为 d ,如图(上)所示。有一变化的磁场垂直于纸 面,规定向内为正,变化规律如图(下)所示。在 t=0时刻平板之间
中心有一重力不计,电荷量为 q 的静止微粒,则以下说法正确的是( )
A. 第 2秒内上极板为正极 B. 第 3秒内上极板为负极
C. 第 2秒末微粒回到了原来位置 D. 第 3秒末两极板之间的电场强度大小为 0.22/r d π
9.如图所示,固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为 d ,其右端接有 阻值为 R 的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。一质量为 m (质量分布均匀)的导体杆 ab 垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间 的动摩擦因数为 u 。 现杆在水平向左、 垂直于杆的恒力 F 作用下从静止开始沿导轨运动距离 L 时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直) 。设杆接入电路的电阻为 r , 导轨电阻不计,重力加速度大小为 g 。则此过程( )
A. 杆的速度最大值为
B. 流过电阻 R 的电量为
C. 恒力 F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量
D. 恒力 F 做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量
10. 一个闭合回路由两部分组成,如图 9所示,右侧是电阻为 r 的圆形导线;置于竖直 方向均匀变化的磁场 B 1中, 左侧是光滑的倾角为 θ的平行导轨, 宽度为 d , 其电阻不计. 磁 感应强度为 B 2的匀强磁场垂直导轨平面向上,且只分布在左侧,一个质量为 m 、电阻为 R 的导体棒此时恰好能静止在导轨上,分析下述判断不正确 ...
的有 ( ) A .圆形线圈中的磁场,可以方向向上均匀增强,也可
以方向向下均匀减弱
B .导体棒 a 、 b 受到的安培力大小为 mg sin θ
C .回路中的感应电流为 d
B m g 2sin θ D .圆形导线中的电热功率为 ) (sin 222222R r d
B g m +θ
范文四：高二物理选修3-2试题
2011-2012学年高二年级学业技能测试
物理卷 考试内容:物理选修 3-2
说明:⑴本卷分题卷(第 Ⅰ 卷) 、答题卡和答卷。试题卷一张 8页,答卷一张 4页。
⑵选择题的答案请用 2B 铅笔填涂在答题卡上, 其余题目的答案用 0.5mm 的黑色水笔填在答卷的指定 位置,超出指定位置的和填错位置的答案不能得分。 ***考试时间 100分钟 *** 满分 150***
一、选择题(本题共 14小题;每小题 4分,在每小题给出的四个选项中 , 有的小题只有一个选项正确,有 的小题有多个选项正确。全部选对的得 4分 , 选不全的得 2分 , 有选错或不答的得 0分。共 56分 ) 1.能把温度这个物理量转化为电阻这个物理量的元器件是 ( )
A .热敏电阻
B .光敏电阻
C .电容器
D .电源
2. 下图是某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系图象。 如果其他条件不变,
仅使线圈的转速变为原来的二倍,则交流电动势的最大值和周期分别变为 ( )
A . 400V , 0. 02s B . 200V , 0. 02s C . 400V , 0. 08s
D . 200V , 0. 08s
3. 当线圈中电流改变时,线圈中会产生自感电动势,自感电动势方向与原电流方向 ( )
A .总是相反 B .总是相同
C .电流增大时,两者方向相反 D .电流减小时,两者方向相同 4. 线圈的自感系数大小的下列说法中,正确的是 ( )
A .通过线圈的电流越大,自感系数也越大 B .线圈中的电流变化越快,自感系数也越大 C .插有铁芯时线圈的自感系数会变大
D .线圈的自感系数与电流的大小、电流变化的快慢、是否有铁芯等都无关
5. 一圆线圈位于垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示。 下列操作中始终保证线圈在磁场中, 能
使线圈中产生感应电流的是 ( )
A .把线圈向右拉动 B .把线圈向上拉动
C .垂直纸面向外运动 D .以圆线圈的任意直径为轴转动
6.如图所示,长直导线旁边同一平面内有一矩形线圈 abcd ,导线中通有竖直向上的电流。下列
操作瞬间,能在线圈中产生沿 adcba 方向电流的是 ( ) A .线圈向右平动 B .线圈竖直向下平动 C .线圈以 ab 边为轴转动 D .线圈向左平动
7. 图中两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为 l ,磁场方向垂直纸面向里 . abcd 是位于纸 面内的梯形线圈, ad 与 bc 间的距离也为 l . t =0时刻, bc 边与磁场区域边界重合(如图) . 现令线圈以恒定 的速度 v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域 . 取沿 a → b → c → d → a 的感应电流为正, 则在线圈穿越 磁场区域的过程中,感应电流 I 随时间 t 变化的图线可能是
A B C D
8. 如图所示电路中, A 、 B 是两个完全相同的灯泡, L 是一个理想电感线圈,当 S 闭合与断开时, A 、 B 的亮度情况是
A . S 闭合时, A 立即亮,然后逐渐熄灭
B . S 闭合时, B 立即亮,然后逐渐熄灭 C . S 闭合足够长时间后, B 发光,而 A 不发光
D . S 闭合足够长时间后, B 立即熄灭发光,而 A 逐渐熄灭
9. 铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置 . 能产生匀强磁场的磁铁,被安装 在火车首节车厢下面,如图 (甲 ) 所示 (俯视图 ) . 当它经过安放在两铁轨间的线圈时,便会产生一电信号,被 控制中心接收 . 当火车通过线圈时,若控制中心接收到的线圈两端的电压信号为图 (乙 ) 所示,则说明火车在 做
A . 匀速直线运动 B . 匀加速直线运动 C . 匀减速直线运动 D . 变加速直线运动 10. 图甲中的 a 是一个边长为为 L 的正方向导线框,
其电阻为 R . 线框以恒定速度 v 沿 x 轴运动, 并穿过图中所示的匀强磁场区域 b . 如果以 x 轴的正方向作为力 的正方向 . 线框在图示位置的时刻作为时间的零点, 则磁场对线框的作用力 F 随时间变、 化的图线应为图乙 中的哪个图?
11. 如图所示, 将一个正方形导线框 ABCD 置于一个范围足够大的匀强磁场中, 磁场方向与其平面垂直. 现
在 AB 、 CD 的中点处连接一个电容器,其上、下极板分别为 a 、 b ,让匀强磁场以某一速度水平向右匀 速移动,则
A . ABCD 回路中没有感应电流 B . A 与 D 、 B 与 C 间有电势差
C . 电容器 a 、 b 两极板分别带上负电和正电
-1
图乙
甲
D . 电容器 a 、 b 两极板分别带上正电和负电
12. 如图一所示,固定在水平桌面上的光滑金属框架 cdeg 处于方向
竖直向下的匀强磁场中,金属杆 ab 与金属框架接触良好 . 在两根导 轨的端点 d 、 e 之间连接一电阻,其他部分电阻忽略不计 . 现用一水 平向右的外力 F 作用在金属杆 ab 上,使金属杆由静止开始向右在 框架上滑动,运动中杆 ab 始终垂直于框架 . 图二为一段时间内金属
杆受到的安培力 f 随时间 t 的变化关系,则图三中可以表示外力 F 随 时间 t 变化关系的图象是
13. 如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电-时间图象。 原、 副线圈匝数比 n 1∶ n 2=10∶
1,串联在原线圈电路中交流电流表的示数为 1A ,则 ( )
A .变压器原线圈所接交流电压的有效值为 220V B .变压器输出端所接电压表的示数为 222V
C .变压器输出端交变电流的频率为 50Hz D .变压器的输出功率为 220
2W
14. 如图所示,一个边长为 a 、电阻为 R 的等边三角形线框,在外力作用下, 以
速度 v 匀速穿过宽均为 a
的两个匀强磁场 . 这两个磁场的磁感应强度大小均为 B
方向相反 . 线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直 . 取逆时针方向的电流为 正。若从图示位置开始,线框中产生的感应电流
I 与沿运动方向的位移 x 之间
的
函
数
图
象
,
下
面
四
个
图
中
正
确
的
是
A . B . C . D .
二.填空题(每空 3分共 18分)
15.如图所示,使闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,在线 a
左 右
图一
t
A
B C D
t
圈中就会产生交流电。已知磁场的磁感应强度为 B ,线圈 abcd 面积为 S ,线圈转动的角速度为 。当 线圈转到如图位置时,线圈中的感应电动势为 ______;当线圈从图示位置转过 90°时,线圈中的感应 电动势为 ______。
16.某发电厂输出的功率为 200kW ,输出电压为 11kV 。若采用 220kV 的高压输电,那么,升压变压器 (不
计变压器能量损失 ) 的原线圈和副线圈的匝数比为 ____;输电电流为 ______A。 17. 如图所示, 水平面中的平行导轨 P 、 Q 相距 L , 它们的右端与电容为 C
的电容器的两极板分别相连,直导线 ab 放在 P 、 Q 上与导轨垂直相 交并且沿导轨滑动,磁感应强度为 B 的匀强磁场竖直向下穿过导轨 面。闭合开关 S ,若发现与导轨 P 相连的电容器极板上带负电荷,则 ab 向 ______沿导轨滑动 (填 “左” 、 “右” ) ; 如电容器的带电荷量为 q , 则 ab 滑动的速度 v =______。 三.实验题(共 26分)
18. (4分) 在研究产生感应电流条件的实验中, 如下图甲所示, 把条形磁铁插入或者拔出闭合线圈的过程,
线圈的面积尽管没有变化, 但是线圈内的磁场强弱发生 了变化,此时闭合线圈中 ______感应电流 (填“有”或 “无” ) 。继续做如下图乙所示的实验,当导体棒做切 割磁感线运动时, 尽管磁场的强弱没有变化, 但是闭合 回路的面积发生了变化,此时回路中 ______感应电流 (填“有”或“无” ) 。因为不管是磁场强弱发生变化, 还是回路面积发生变化, 都是穿过线圈所围面积的磁通 量发生了变化。 这种观察总结的方法是物理学中重要的 研究方法,即归纳法。
19. (10分)某同学在做多用电表测电阻的实验中:
(1)测量某电阻时,用 ×10Ω档时,发现指针偏转角度过大,他应该换用 ____________档(填 ×1Ω档或 ×100Ω档) ,换档后,在测量前要先 _________________。
(2)如图所示, A 、 B 、 C 是多用表在进行不同测量时,转换开关分别指示的位置, D 是多用表表盘 指针在测量时的偏转位置。
若用 A 档测量,指针偏转
如 D ,则读数是 ________Ω;
若用 B 档测量,指针偏转
如 D ,则读数是 ________mA;
若用 C 档测量,指针偏转
如 D ,则读数是 ________V。
20. (12分)在 “ 测量金属丝的电阻率 ” 的实验中, (1)用螺旋测微器测量电阻丝的直径为 :已
知电阻丝的电阻 R X 约为 10 Ω,有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用,要求尽量多测几组数据: A .量程为 0— 0.6A ,内阻约为 0.5Ω的电流表 A 1 B .量 程为 0— 3A ,内阻约为 0.1Ω的电流表 A 2 C .量程为 0— 3V ,内阻约为 6kΩ的电压表 V 1 D .量程为 0— 15V ,内阻约为 30kΩ的电压表 V 2 E .阻值为 0—1kΩ,额定电流为 0.5A 的滑动变阻器 R 1 F .阻值为 0— 10Ω,额定电流为 2A 的滑动变阻器 R 2 G .电动势为 4V 、内阻约为 2Ω的蓄电池 E H .开关 S ,导线若干
(2) 除选用 G 、 H 外, 还应选用的器材是 (只填代号 ) 电流表 , 电压表 , 滑动变阻器 。
D
A
C
(3)在本题虚线方框中画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图。 (4)测量的阻值比真实的阻值 _________(填 “ 偏大 ” 、 “ 偏小 ” 或 “ 相等 ” ) 。 四.计算题 A (每题 10分共 50分)
21. 如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距 1m ,导轨平面与水平面成 θ=37o角,下端连接阻值为 R 的电阻 . 匀强磁场方向与导轨平面垂直 . 质量为 0.2kg ,电阻不计的金属棒放 在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为 0.25. ⑴求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;
⑵当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻 R 消耗的功率为 8W ,求该速度的大小; ⑶在上问中,若 R =2Ω,金属棒中的电流方向由 a 到 b ,求磁感应强度的大小和方向 .
22.如图甲所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距 l =0.2m,电阻 R=1.0Ω;有一导体杆 静止地放在轨道上, 与两轨道垂直, 杆及轨道的电阻皆可忽略不计, 整个装置处于磁感应强度 B=0.5T的匀 强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下。现用一外力 F 沿轨道方向向右拉杆,使之做匀加速运动,测得力 F 与时间 t 的关系如图乙所示,求杆的质量 m 和加速度 a.
23. 在图甲中,直角坐标系 0xy 的 1、 3象限内有匀强磁场,第 1象限内的磁感应强度大小为 2B ,第 3象 限内的磁感应强度大小为 B , 磁感应强度的方向均垂直于纸面向里 . 现将半径为 l , 圆心角为 900的扇形导线 框 OPQ 以角速度 ω绕 O 点在纸面内沿逆时针匀速转动,导线框回路电阻为 R .
(1)求导线框中感应电流最大值 .
(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流 I 随时间 t 变化的图象 .(规定与图甲中线框的 位置相对应的时刻为 t =0)
.
t/s
甲
乙
24. 如图所示,一半径为 r 的圆形导线框内有一匀强磁 场, 磁场方向垂直于导线框所在平面, 导线框的左端通过 导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离为 d ,
板长为 l , t =0时,磁场的磁感应强度 B 从 B 0开始均匀增 大, 同时, 在板 2的左端且非常靠近板 2的位置有一质量
为 m 、带电量为 -q 的液滴以初速度 v 0水平向右射入两板间,该液滴可视为质点 .
⑴要使该液滴能从两板间射出,磁感应强度随时间的变化率 K 应满足什么条件? ⑵要使该液滴能从两板间右端的中点射出,磁感应强度 B 与时间 t 应满足什么关系?
25. 如图所示,两根相距为 d 足够长的平行金属导轨位 于水平的 xOy 平面内, 导轨与 x 轴平行, 一端接有阻值为 R 的电阻 . 在 x >0的一侧存在竖直向下的匀强磁场,一电
阻为 r 的金属直杆与金属导轨垂直放置,且接触良好,并
可在导轨上滑动 . 开始时,金属直杆位于 x =0处,现给金属杆一大小为 v 0、方向沿 x 轴正方向的初速度 . 在 运动过程中有一大小可调节的平行于 x 轴的外力 F 作用在金属杆上,使金属杆保持大小为 a ,方向沿 x 轴 负方向的恒定加速度运动 . 金属导轨电阻可忽略不计 . 求:
⑴金属杆减速过程中到达 x 0的位置时,金属杆的感应电动势 E ; ⑵回路中感应电流方向发生改变时,金属杆在轨道上的位置;
⑶若金属杆质量为 m ,请推导出外力 F 随金属杆在 x 轴上的位置(x )变化关系的表达式 .
x
x
五.计算题 B (每题 10分共 50分)
26. 如图所示, 用导线绕成面积为 S =0. 5m 2的圆环, 圆环与某种半导体材料制成的光敏电阻 R 连接成闭 合回路。圆环全部处于按如图 2所示的变化磁场中。 P 为一圆盘,由形状相同、透光率不同的三个扇形 a 、 b 和 c 构成,它可绕垂直于盘面的中心轴转动。当细光束通过扇形 a 、 b 、 c 照射光敏电阻 R 时, R 的阻值分 别为 10Ω、 20Ω、 40Ω。不计回路中导线和开关的电阻。
(1) 求线圈中中感应电动势的大小;
(2) 在 t =0. 03s 时,圆盘刚好转到使细光束通过扇形 b 照射光敏电阻 R ,求此时光敏阻
的电功率大小。
27. 如图所示,线圈 abcd 的面积是 0.05 m 2,共 l00匝;线圈电阻为 1Ω,外接电阻 R =9Ω,匀强磁场的
磁感强度为 B =T ,当线圈以 300rad/min 的转速匀速旋转时,求:
(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)线圈转过 1/30 s 时电动势的瞬时值多大 ?
(3)电路中电压表和电流表的示数各是多少 ?
28.如图所示,光滑的长平行金属导轨宽度 d =50cm ,导轨所在的平面与水平面夹角 θ=37°,导轨上端电 阻 R =0. 8Ω,其他电阻不计,导轨放在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度 B =0. 4T 。金属棒 ab 从上端 由静止开始下滑,金属棒 ab 的质量 m =0. 1kg 。
(sin37°=0. 6, g =10m /s 2
)
(1) 求导体棒下滑的最大速度;
(2) 求当速度达到 5m /s 时导体棒的加速度;
(3) 若经过时间 t ,导体棒下滑的垂直距离为 s ,速度为 v 。若在同一时间内,电阻产生的热与一恒定 电流 I 0在该电阻上产生的热相同,求恒定电流 I 0的表达式 (各物理量全部用字母表示 ) 。
29. 如图所示,水平面上有两根相距 0.5m 的足够长的平行金属导轨
MN 和 PQ ,它们的电阻可忽略不计,在 M 和 P 之间接有阻值为 R
的定值电阻 . 导体棒 ab 长 l =0.5m ,其电阻为 r ,与导轨接触良好 . 整
个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度 B =0.4T. 现使
ab 以 v =10m/s的速度向右做匀速运动 .
⑴ ab 中的感应电动势多大?
⑵ ab 中电流的方向如何?
⑶若定值电阻 R =3.0Ω,导体棒的电阻 r =1.0Ω,则电路中的电流多大?
30.如图所示,一个电阻值为 R ,匝数为 n 的圆形金属线圈与阻值为 2R 的电阻 R1连结成闭合回路。线圈 的半径为 r1. 在线圈中半径为 r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系图线如图(b )所示。图线与横、纵轴的截距分别为 t0和 B0,导线的电阻不计。求 0到 t1时间 内,
(1)通过电阻 R1上的电流大小和方向;
(2)通过电阻 R1上的电荷量 q 及电阻 R1上产生的热量。
范文五：高二物理导学案2.3
高二物理 - 1 -
希望,只有和勤奋作伴,才能如虎添翼 。
2.2研究电场的能的性质(二)
学习目标:
1、 理解电势能、电势的概念。
2、 能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题。 3、定量掌握匀强场中电势差与场强的关系。
重点:理解电势是描述电场的能的物理量,知道电势与电势差的关系,电势与零势面的选取有 关,知道在电场中沿着电场线的方向电 势逐渐降低. 难点:掌握电势能、电势的有关知识,并能用此解决相关问题。
课前预习学案
自主学习: 1.电势
(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值. (2)定义式:φ=____________.
(3)矢标性:电势是标量,其大小有正负之分,其正 (负 ) 表示该点电势比电势零点高 (低 ) . (4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因 __________的选取的不同而不同. (5)沿着电场线方向电势逐渐降低. 2.等势面
(1)定义:电场中 ____________的各点构成的面. (2)特点
①电场线跟等势面 ________,即场强的方向跟等势面 _____________________。 ②在 _____________________上移动电荷时电场力不做功. ③电场线总是从 __________的等势面指向 __________的等势面. ④等差等势面越密的地方电场强度 ________;反之 ________. 3、电势差
①电势差:电荷 q 在电场中 A 、 B 两点间移动时,电场力所做的功 W AB 跟它的电荷量 q 的比值,叫 做 A 、 B 间的电势差,也叫电压.公式:U AB =________.单位:伏 (V).
②.电势差与电势的关系:U AB =________,电势差是标量,可以是正值,也可以是负值,而且有
U AB =-U BA .
③.电势差 U AB 由 ________________________决定的,与移动的电荷 q 、电场力做的功 W AB 无关,与 零电势点的选取也 ________.
④电势差与电场强度的关系:匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿 ____________
方向的距离的乘积.即 U =Ed ,也可以写作 ____________。
课内探究学案
1、在电场中, A 点的电势高于 B 点的电势,则( ) A .把负电荷从 A 点移到 B 点,电场力作负功 B .把负电荷从 A 点移到 B 点,电场力作正功 C .把正电荷从 A 点移到 B 点,电场力作负功 D .把正电荷从 A 点移到 B 点,电场力作正功
2、有一电场的电场线如图 1所示,场中 A 、 B 两点电场强度的大小和电势分别用 E A 、 E B 和 U A 、 U B 表示,则( )
A . E A >E B UA >U B B. E A >E B UA A .在同一等势面上移动电荷,电场力不作功 B.等势面上各点场强大小一定相等 C .电场中电势高处,电荷的电势能就大 D.电场强度大处,电荷的电势能就大 4、关于等势面下列说法正确的是 ( ) A . 等势面与电场线处处垂直 B . 同一等势面上的各点场强大小必定相等 C . 电荷所受电场力的方向必和该点等势面垂直,并指向电势升高的方向 D . 电荷从电场中一点移到另一点,电场力没做功,电荷必在同一等势面上移动 5、关于电势差 U AB 和电势 φA 、 φB 的理解,正确的是( ) A 、 U AB 表示 B 点与 A 点之间的电势差,即 U AB = φB - φA B 、 U AB 和 U BA 是不同的,它们有关系:U AB = -UBA C 、 φA 、 φB 都有正负,所以电势是矢量 D 、零电势点的规定虽然是任意的,但人们常常规定大地和无穷远处为零电势点 6、图中实线表示电场线,虚线表示等势面,过 a.b 两点的等势面的电势分别为 40V 、 20V ,那么 ab 连线的中点的电势值为( ) A 等于 30V B 大于 30V C 小于 30V D 无法确定 高二物理 - 2 - 希望,只有和勤奋作伴,才能如虎添翼 。 7、有一个带电量 q = -3.0×10-6 C 的点电荷,从电场中的 A 点移到 B 点时,克服电场力做功 6.0×10-4 J ,从 B 点移到 C 点时,电场力做功 9.0×10-4 J 。试问: (1) A 、 B 、 C 三点之间的电势差 U AB 、 U BC 和 U CA 各是多少? (2)若规定 B 点电势为零,则 A 、 C 两点的电势 φA 和 φC 各是多少?该电荷在 A 、 C 两点的电势能 E PA 和 E PC 分别又是多少? 课后练习与提高 1、如图所示的同心圆 (虚线 ) 是电场中的一组等势面 , 一个电子只在电场力作用下沿着直线由 A 向 C 运动时的速度大小越来越小 ,B 为线段 AC 的中点 , 则有 ( ) A. 电子沿 AC 运动时受到的电场力越来越小 B. 电子沿 AC 运动时它具有的电势能越来越大 C. 电势 U A >U B >U C D.电势差 U AB =UCD 2、(2010·全国卷Ⅰ·16)关于静电场,下列结论普遍成立的是 ( ) A .电场强度大的地方电势高,电场强度小的地方电势低 B .电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关 C .在正电荷或负电荷产生的静电场中,场强方向都指向电势降低最快的方向 D . 将正点电荷从场强为零的点移动到场强为零的另一点, 电场力做功为零 3、某静电场的电场线分布如图 1所示,一负点电荷只在电场力作用下 先后经过场中的 M 、 N 两点,过 N 点的虚线是电场中的一条等势 线,则 ( ) A . M 点的电场强度小于 N 点电场强度 B . M 点的电势低于 N 点的电势 C .负点电荷在 M 点的电势能小于在 N 点的电势 D .负点电荷在 M 点的动能小于在 N 点的动能 4、如图所示,匀强电场中三点 A 、 B 、 C 是一个三角形的三个 顶点,∠ ABC =∠ CAB =30°, BC =3 m,已知电场线平行于△ ABC 所在的平面,一个带电荷量 q =-2×10-6 C的点电荷由 A 移到 B 的过程中,电势能增加了 1.2×10-5 J,由 B 移到 C 的过程中电场力做功 6×10-6 J,下列说法正确的是 ( ) A . B 、 C 两点的电势差 U BC =3 V B. A 点的电势低于 B 点的电势 C .负电荷由 C 点移到 A 点的过程中,电势能增加 D.该电场的场强为 1 V/m 5、如图所示,带箭头的线段表示某一电场的电场线,在电场力作用下一带电粒子(不计重力)经 过 A 点飞向 B 点,径迹如图中虚线所示,则( ) A .粒子带正电 B.粒子在 B 点加速度较大 C .粒子在 B 点动能较大 D. A 、 B 两点相比较, B 点电势高 6、一长为 L 的细线,上端固定,下端拴一质量为 m 、带电荷量为 q 的小球,处于如图 10所示的 水平向右的匀强电场中.开始时,将线与小球拉成水平,然后释放,小球由静止开始向下摆动, 当细线转过 60°角时,小球到达 B 点速度恰好为零.试求:(1)A 、 B 两点的电势差 U AB ; (2)匀强电场的场强大小; (3)小球到达 B 点时,细线对小球的拉力大小 7、如图所示为一组未知方向的匀强电场的电场线,将 1×106 -C 的负电荷由 A 点沿水平线移至 B 点,电场力做了 2×106 -J 的功, A 、 B 间的距离为 2cm 。问(1)匀强电场场强多大?方向如何? (2) A 、 B 两点间的电势差多大?若 B 点电势为 1V , A 点电势为多少?
