物理选修31问题与练习附答案

选修3-1 课后问题与练习第一章 静电场1第一节 电荷及其守恒定律1第二节 库仑定律2第三节 电场强度3第四节 电势能和电势5第五节 电势差7第六节 电势差与电场强度的关系8第七节 静电现象的应用9第八节 电容器的电容11第九节 带电粒子在电场中的运动12第二章 恒定电流14第一节 电源和电流14第三节 欧姆定律15第四节 串联电路和并联电路16第五节 焦耳定律18第六节 导体的电阻20第七节 闭合电路的欧姆定律21第八节 多用电表的原理21第九节 实验：练习使用多用电表22第十节 实验：测定电池的电动势和电阻23第十一节 简单的逻辑电路（略）25第三章 磁场 问题与练习263.1磁现象和磁场263.2 磁感应强度263.3 几种常见的磁场273.4 通电导线在磁场中受到的力283.5 运动电荷在磁场中受到的力313.6 带电粒子在匀强磁场中的运动32第1章 静电场第一节 电荷及其守恒定律1. 在我国北方天气干燥的季节，脱掉外衣后再去摸金属门把手时，常常会被电击。这是为什么？答：在天气干躁的季节，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣和身体各自带了等量、异号的电荷。接着用手去摸金属门把手时，身体放电，于是产生电击的感觉。2. 在图1.1-1所示的实验中，最终A带上了108C的电荷。实验过程中，是电子由A转移到B还是B转移到A？A、B得到或失去的电子数各是多少？答：由于A、B都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，所以，A带上的是负电荷，这是电子由B移动到A的结果。其中，A得到的电子数为，与B失去的电子数相等。3. A为带正电的小球，B为原来不带电的导体。把B放在A附近，A、B之间存在吸引力还是排斥力？答：右图是此问题的示意图。导体B中的一部分自由受A的正电荷吸引积聚在B的左端，右端会因失去电子而带正电。A对B左端的吸引力大于对右端的排斥力，A、B之间产生吸引力。4. 如图1.1-1那样，把A、B在带电体C旁边相碰一下后分开，然后分别接触一个小电机的两个接线柱，如果小电动机非常灵敏，它便会开始转动。当电动机还没有停止时，又立刻把、在旁边相碰一下分开，再和小电动机两接线柱接触。如此下去，小电动机便能不停地转动。这不是成了永动机而违背能量守恒定律吗？说说你的看法。答：此现象并不是说明制造出了永动机，也没有违背能量守恒定律。因为，在把A、B分开的过程中要克服A、B之间的静电力做功。这是把机械转化为电能的过程。第二节 库仑定律1.有三个完全一样的绝缘金属球,A球带的电量为q，B、C均不带电,现要使B球带的电量为3q/8, 应该怎么办?1 答：根据库仑的发现，两个相同的带电金属球接触后所带的电荷量相等。所以，先把A球与B球接触，此时，B球带电；再把B球与C球接触，则B、C球分别带电；最后，B球再次与A球接触，B球带电。2. 两个质子在氮原子核中相距10-15m他们之间的静电斥力约多大？答：230.4N ()3. 真空中两个相同的带等量异号电荷的金属小球A和B（均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，此时A、B球间的静电力应为多大？若再使A、B间距增大为原来的2倍，则它们的间静电力又为多大?答：F/8 F/324. 在边长为a的正方形的每一顶点都放置一个电荷量为q的点电荷。如果保持它们的位置不变，每个电荷受到其他三个电荷的的静电力的合力是多大？答：第四个点电荷受到其余三个点电荷的排斥力如图16所示。大小是。每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力的大小都相等，且都沿对角线的连线向外。5. 两个分别用长13cm的绝缘细线悬挂于同一点的相同球形导体，带有同种等量电荷（可视为点电荷），由于静电斥力，它们之间的距离为 10cm。已测得每个球形导体质量为0.6g, 求它们带的电荷量？ 5.3×10-8C第三节 电场强度1. 把试探电荷q放到电场中的A点，测的它所受的静电力为F；再把它放到B点，测得它所受的静电力为nF。A点和B点的场强之比EA/EB是多少？再把另一电荷量为nq的试探电荷放到另一点C，测的它所受的静电力也是F。A点和C点的场强之比EA/Ec是多少？答：A、B两处电场强度之比为。A、C两处电场强度之比为。2. 氢原子中，电子和质子的平均距离是5.3×10-11m。质子在离它这个距离的位置产生的电场强度是多大？方向如何？电子受到的静电力是多大？方向如何？答：电子所在处的电场强度为，方向沿着半径指向外。电子受到的电场力为，方向沿着半径指向质子。3. 场是物理学中的重要概念，除了电场和磁场，还有引力场。物体之间的万有引力就是 通过引力场发生作用的，地球附近的引力场叫做重力场。仿照电场强度的定义，你认为应该怎样定义重力场强度的大小和方向？答：重力场的场强强度等于重力与质量的比值，即，单位是牛顿每千克，方向竖直向下。4. 有的同学说，电场线一定是带电粒子在电场中运动的轨迹。这种说法对吗？试举例说明。答：这种说法是错误的。例如，如图19所示，有一带电粒子以平行于金属板的初速度射入电场，它沿电场线的方向做匀加速运动，而沿初速度方向做匀速运动，它的运动轨迹是曲线。也就是说，它的运动轨迹与电场线不重合。5. 图1.3-11是某区域的电场线分布。A、B、C是电场中的三点。（1）哪一点电场最强，哪一点电场最弱？（2）画出各点电场强度的方向。（3）把负的点电荷分别放在这三点，画出所受静电力的方向。 答：（1）因为电场线的疏密程度反映电场强度的强弱，所以，B点的电场最强，C点的电场最弱。（2）A、B、C三点的电场强度的方向如图110所示。（3）负电荷在A、B、C三点时的受力方向如图所示。6. 用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为1.0×10-2kg，所带的电荷量为+2.0×10-8 C。现加一水平方向的匀强电场，平衡时绝缘绳与铅垂线成300夹角（图1.3-2）。求这个匀强电场的电场强度。 2.9×106N/C 7. 如图1.3-13，真空中有两个点电荷Q1=+4.0×10-8C、Q2=-1.0×10-8C，分别固定在x坐标轴的x=0和x=6 cm位置上。（1）x坐标轴上哪个位置的电场强度为0？（2）x坐标轴上哪些地方的电场强度是沿x轴正方向的？答：因为，所以，在左侧的轴上，产生的电场的电场强度总是大于产生的电场的电场强度，且方向总是指向轴负半轴，在和之间，电场强度总是指向轴的正方向。所以，只有在右侧的轴上，才有可能出现电场强度为0的点。（1）设该点距离原点的距离为，则，即，解得（不合题意，舍去）和。所以，在处电场强度等于0。（2）在坐标轴上和的地方，电场强度的方向总是沿轴的正方向的。第四节 电势能和电势1. 把q1=4×10-9C的试探电荷放在电场中的A点，具有6×10-8J的电势能，求A点的电势。若把q2=2×10-10 C的试探电荷放在电场中的A点，电荷所具有的电势能是多少？答：；。2. 解答以下题目后进行小结：如何根据试探电荷的电势能来判断电场中两点电势的高低？（1）+q在A点的电势能比在B点大，A、B两点哪点电势高？（2）-q在C点的电势能比在D点大，C、D两点哪点电势高？（3）+q在E点的电势能为负值，-q在F点的电势也是负值，E、F两点哪点电势高？答：（1），。因为。所以，可见A点电势比B点高。（2），。因为。所以，可见D点电势比C点高。（3），可见，故F点的电势比E点高。 3. 根据图1.4-6解答以下题目，然后进行小结：如何根据电场线来判断电场中两点电势的高低？(1)M、N是同一条电场线上的两点，哪点电势高？ (2)M、P是同一电场中不在同一条电场线上的两点，哪点电势高？ 答：（1）沿着电场线的方向，电势是逐渐降低的，所以M点的电势比N点高。（2）先假设正试探电荷从M点沿着与电场线始终垂直的路径移动到与P在同一条电场线上的，这一过程静电力不做功。再把这一电荷从移动到P点，全过程静电力做正功。所以，从M移动到P静电力做正功，电势能减少，M点电势比P点电势高。4. 在重力场中可以把物体的重力势能与它的质量的比值定义为重力势。如果物体在地面上的重力势能为0，试写出重力势的表达式。答：因，故，可见重力势为。5. 以无限远处的电势为0，请把点电荷Q、Q所产生的电场中某一点P处的电势及试探电荷q、q在P点的电势能的特点填在下面的表格中。场源电荷P点电势的正负q在P点的电势能E+q的正负q在P点的电势能E-q的正负当P点移至离场源电荷较近的位置时怎样变化E+q怎样变化E-q怎样变化QQ答：场源电荷P点电势的正负在P点的电势能的正负在P点的电势能的正负当P点移至离场源电荷较近时怎样变化怎样变化怎样变化正正负升高变大变小负负正降低变小变大6. 电场中两个电势不同的等势面能不能相交？说明理由。答：假设两个电势不同的等势面相交。因为空间任一点的电势只能有一个惟一的值，所以相交徙的电势就一定相等，这两个等势面的值就不能不同，这与题设条件矛盾。所以，电场中两个电势不同的等势面不能相交。7. 某电场的等势面如图所示，试画出电场线的大致分布。若单位正电荷q沿任一路径从A点移到B点，静电力所做的功是多少？说明理由。正电荷q从A点移到C点，跟从B点移到C点，静电力所做的功是否相等？说明理由。BCA答：根据电场线与等势面一定垂直的结论，画出的电场线的大致分布（图略） 因为，取，可得静电力所做的功为可见，静电力所做的功第五节 电势差1. 在某电场中，已知A、B两点间的电势差UAB=20V，q= -2×109 C的电荷由A点移到B点，静电力所做的功是多少？电势能是增加还是减少，增加或减少多少？ 解：。静电力做负功，电势能增加2. 在研究微观粒子时常用电子伏特（eV）做能量单位。1eV等于一个电子经过1V电压加速后所增加的动能，那么1eV等于多少焦耳？答：一个电子电荷量，电子增加的动能等于静电力做的功，因为，所以。3. 如图1.5-2，回答以下问题。 (1) A、B两点的电势较高？负电荷在哪点的电势能比较大？ (2) 负电荷从B移动到A时，静电力做正功还是负功？ (3) A、B两点的电势差UAB是正的还是负的？UBA呢？ 答：因为电场线总是电势高的等势面指向电势低的等势低的等势面，所以，由课本图1.52可知：（1）B点的电势高于A点的电势，把负电荷从A移到B静电力做正功，电势能减少，负电荷在A点的电势能较大。（2）负电荷从B移动到A时，静电力做负功。（3）， 第六节 电势差与电场强度的关系1. 两块带电的平行的金属板相距10cm，两板之间的电势差为9.0×10 4，在两板间与两板等距离处有一尘埃，带有-1.6×10-7C的电荷量，这粒尘埃受到的静电力是多大？这粒尘埃在静电力的作用下运动到带正电的金属板，静电力做的功是多少？答：两板间的电场强度。尘埃受到的静电力。静电力对尘埃做功2. 带有等量异号电荷、相距10cm的平行板A和B之间有一个匀强电场（如图），电场强度E=2×104V/m，方向向下。电场中C点距B板3cm，D点距A板2cm。 （1） C、D两点哪点电势高？两点的电势差UCD等于多少？ （2）如果令B板接地（即电势B=0），则C和D的电势c和DD各是多少？如果令A板接地，则C和D各是多少？在这两种情况中，UCD相同吗？ (3) 一个电子从C点移动到D点，静电力做多少功？如果使电子先移到P点，再移动到D点。静电力做的功是否会发生变化答：（1）D点电势比C点电势高，UCD=-1000V（2）B板接地时， ，。A板接地时，可见，不管哪一板接地，都是。（3），如果电子先移到E点再移到D点，静电力做的功不会改变。这是因为静电力做功与路径无关，只与初末位置有关。3. 空气是不导电的。但是如果空气中的电场很强，使得气体分子中带正、负电荷的微粒所受的相反的静电力很大，以至于分子破碎，于是空气中出现了可以自由移动的电荷，空气变 成了导体。这个现象叫做空气的“击穿”。 一次实验中，电压为4×104 V的直流电源的两极连在一对平行金属板上，如果把两金属板的距离减小到1.3cm，两板间就会放电。这次实验中空气击穿时的电场强度是多大？ 3.1V/m。4. 图1.6-4是初中地理课本中的等高线（图中数字的单位是米）。小山坡的左边a和右边b哪一边的地势更陡些？如果把一个球分别从山坡左右两边滚下（不考虑摩擦等阻碍），哪边的加速度更大？现在把图1.6-4看成一个描述电势高低的等势线图，图中的单位是伏特，a和b哪一边电势降落得快？哪一边的电场强度大？根据两者的对比谈谈你的体会。 答：小山坡b比a地势更陡些，小石头沿b边滚下加速度更大些。b边电势降落比a边降落得快，b边的电场强度比a边强。可见，电势降落得快的地方是电场强度强的地方。 第七节 静电现象的应用1. 如图1.7-9，一个原本不带电的半径r的空心金属球在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r。（1）标出金属球在静电平衡后左右两侧带电的符号。（2）由于静电感应而在金属球上出现了电荷，它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心激发的电场强度大小等于多少?方向如何?（3）如果用导线的一段接触球的左侧，另一端接触球的右侧，导线能否将球两侧的电荷中和? 为什么?答（1）金属球内的自由电子受到点电荷的吸引，所以在靠近的一侧带负电，在离远的一侧带正电。（2）在静电平衡状态下，金属球的内部电场强度处处为0，就是说感应电荷产生的电场强度与产生的电场强度等大反向。在球心处产生的电场强度为，所以金属球上感应电荷产生的电场强度大小为，方向指向。（3）如果用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，导线不可能把球两侧的电荷中和，因为金属球是个等势体，导线连接的是电势相等的两个点，电荷在这两点间不会移动，就像用水管连接高度相等的两个装水容器，水不会在水管内流动一样。2. 在实验室中模拟阴雨天的空气，由此测得当电场强度超过3.0×106 V/m时空气将被击穿而发生放电，现在有一片带电的乌云，距地面300m高，发生闪电时乌云与地面间的电势差至少有多大？ 9.0×108 V3. 在燃气灶和燃气热水器中，常常到安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。我们看到，图1.7-10中点火器的放电电极做成了顶尖形，这是为什么？与此相反，验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针尖状，这又是为什么？ 答：点火器的放电电极做成针状是利用尖端放电现象，使在电压不高的情况下也容易点火。验电器的金属杆上固定一个金属球是防止出现尖端放电现象，使验电器在电压较高时也不会放电（漏电）。4. 超高压带电作业的工人穿戴的工作服，为什么要用包含金属丝的织物制成？ 答：因为超高压输电线周围存在很强的电场，带电作业的工人直接进入这样的强电场就会有生命危险。如果工人穿上包含金属丝的织物制成的工作服，这身工作服就像一个金属网罩，可以起到静电屏蔽的作用，使高压电线周围的电场被工作服屏蔽起来，工人就可以安全作业了。第八节 电容器的电容1. 平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下情况中，静电计指针的偏角是增大还是减小？(1)把两板间的距离减小; (2)把两板的相对面积减小; (3)在两板间插入相对介电常数较大的电介质（1）把两极板间距离减小，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针偏角变小。（2）把两极间相对面积减小，电容减小，电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大。（3）在两极板间插入相对介电常数较大的电介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针偏角变小。2. 空气中一个平行板电容器的两个极板相距0.1mm。为得到2µF的电容，每个极板的面积应该多大？把答案与一个窗户的面积做比较。答：由得. 此面积约为窗户面积的10倍.3. 把一个3PF的平行板电容器接在9V的电池上。 （1）保持与电池的连接，两极板的距离减半，极板上的电荷增加还是减少了？电荷量变化了多少？ （2）移去电池后两极板的距离减半，极板间的电势差增大还是减小？电势差变化了多少？ (1)极板上电荷量增加了2.7×10-11 C. (2) 即两极板间电势差减小了4.5V.4. 证明:一个极板间为空气（真空）的平行板电容器，两板之间的电场强度只与极板所带电量及极板面积有关，与两板距离无关。1 答：设电容器所带电荷量为，因，并且，所以，。又因为，所以。可见，电场强度与两极间距离无关，只与电容器所带电荷量和极板面积有关。第九节 带电粒子在电场中的运动1.真空中有一对平行金属板,相距6.2 cm两板电势差为90V。二价的氧离子由静止开始加速,从一个极板到达另一个极板时，动能是多大？这个问题有几种解法？哪种解法比较简便？答：解法一：； 解法二：，； 解法三：，可见， 第一种方法最简单。2. 某种金属板M受到某种紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的方向，其速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将MN连起来，M射出的电子落到N上便会沿导线返回M，从而形成电流。现在不把M、N直接相连，而按图1.9-11那样在M、N之间加一个电压U，发现当U 12.5 V时电流表中就没有电流。问：被这种紫外线照射出的电子，最大速度是多少？2.10×10-6 m/s3. 先后让一束电子和一束氢核通过同一对平行板形成的偏转电场，进入时速度方向与板面平行。在下列两种情况下，分别求出离开时电子偏角的正切与氢核偏角的正切之比。(1)电子与氢核的初速度相同。 (2)电子与氢核的初动能相同。（1）若电子与氢核的初速度相同，则。（2）若电子与氢核的初动能相同，则。4. 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？请通过计算说明。答：设加速电压为，偏转电压为，带电粒子的电荷量为，质量为，垂直进入偏转电场的速度为，偏转电场两极距离为，极板长为，则：粒子的初动能，粒子在偏转电场中的加速度，在偏转电场中运动的时间为，粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度，粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切，由于各种粒子的初动能相同，即，所以各种粒子的偏转方向相同；粒子在静电力方向的偏转距离为，可见各种粒子的偏转距离也相同，所以这些粒子不会分成三束。5. 电子从静止出发被1000v的电压加速然后进入另一个电场强度为5000N/C的匀强偏转电场，进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直。已知偏转电极长6cm，求电子离开偏转电场时的速度与其与进入偏转电场时的速度方向之间的夹角。8.53o 第二章 恒定电流第一节 电源和电流1. 用导线把两个带异号电荷的导体相连，导线中的电流只能存在一瞬间；而用导线把电池的正负极相连，导线中可以产生持续的电流，这是为什么？答：如果用导线把两个带异号电荷的导体相连，导线中的自由电子会在静电力的作用下定向移动，使带负电荷的导体失去电子，带正电荷的导体得到电子这样会使得两导体周围的电场迅速减弱，它们之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡因此，导线中的电流是瞬时的如果用导线把电池的正负极相连，由于电池能源断地把经过导线流到正极的电子取走，补充给负极，使电池两极之间始终保持一定数量的正、负电荷，两极周围的空间（包括导线之中）始终存在一定的电场导线中的自由电子就能不断地在静电力的作用下定向移动，形成持续的电流 2. 一条导线中的电流为1.6A，在1S内通过这条导线某一横截面积的电子有多少个？1.0×10193. 原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为 r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为 e，等效电流为多大？答：在电子轨道的某位置上考察，电子绕原子核运动的一个周期内有一个电子通过电子运动周期，等效电流 第二节 电动势1. 电子点火器用的是1号干电池，袖珍收音机用的是7号干电池，同一品种的新的1号干电池和7号干电池的电动势是否相同？内阻是否相同？答：电源电动势相同，内阻不同（说明：解决本题要理解电池电动势大小与电池正负极材料和电解的化学性质有关也就是说，与非静电力性质有关两种电池尽管体积大小不同，但电池内的材料相同，非静电力性质相同，所以，电动势相同而内阻就是电源内部物质对电流的阻碍，和其他导体的电阻一样与导体的形状、体积都有关系2. 手电筒中的干电池给某小灯泡供电时，电流为0.3A，在某次接通开关的10 s时间内，一节干电池中有多少化学能转化为电能？4.5 J 3. 某个电动势为E的电源工作时，电流为I，乘积EI的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI表示什么？1 答：乘积的单位是瓦特因为，所以表示非静电力做功的功率，也是电源将其他能转化为电能的电功率如果，则，表示每秒有6J其他形式的能转化为电能 第三节 欧姆定律1. 某电流表可以测量的最大电流是10 mA。已知一个电阻两端的电压是8V时，通过的电流是2mA，如果给这个电阻加上50V的电压，能否用该电流表测量通过这个电阻的电流？答：因，所以，因此不能用这个电流表来测量通过这个电阻的电流 2. 某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在UI坐标系中描点，得到了图2.3-6中a、b、c、d 四个点。请比较这四个电阻值的大小。答：说明：用直线将图中的4个点与坐标原 UOIacdb点连接起来，得到4个电阻的伏安特性曲线在同一条直线上的不同点，代表的电压、电流不同，但它们的比值就是对应电阻的阻值、在同一条直线上，因此电阻相同在其中三条直线上取一个相同的电压值，可以发现的电流最小，因此电阻最大，的电流最大，因此电阻最小也可以根据直线的斜率判断电阻的大小 3. 有三个电阻：RA=5，RB=10，RC=2.5，它们的的伏安特性都是过原点的直线。请在同一坐标系中作出它们的伏安特性曲线，并在线旁注明A、B、C。答案略4. 一个小灯泡，当它两端的电压在3V以下时，电阻始终等于14不变；当它两端的电压增大到4V时，钨丝发热，它的电阻为16；当电压增大到5V时，它的电阻为19。它在05V范围内的伏安特性曲线大概是怎样的？请画出草图。略（说明：可以根据电阻求出3V、4V和5V时的电流，在坐标系中描点，画出图象由于点太少，图象所给出的只是一个粗略估测的结果）5. 初中数学课中已经学过，正比例函数可以表示为y=kx的形式，它的图象是一条过原点的直线，k的大小描述直线的倾斜程度，叫做直线的斜率。请证明：当导体的伏安特性曲线是一条通过原点的直线时，其斜率等于这个导体的电阻的倒数。1 证明：第四节 串联电路和并联电路1.（1）在图2.4-8中,电压之比U1/U与电阻之比R1/（R1+R2）有什么关系？ （2）图2.4-9的电路常称分压电路，当a、b间的电压为U时，利用它可以在c、d间获得0和U之间的任意电压。试说明其中的道理. UU1R1R2图2.4-8图2.4-9UabcdUcd答：（1）因为与串联，设通过它们的电流为，可知，所以电压之比与电阻之比相等（2）设负载电阻为，变阻器下部分电阻为，电路结构为与并联后，再与串联，由串、并联电路的特点可得当时，当时，所以可以取0至的任意值(说明：可以引导学生对变阻器滑动触头分别滑到变阻器两端，进行定性分析还可以将变阻器的这种分压连接与限流连接进行比较，分析它们改变电压的作用和通过它们的电流情况，进一步提高学生的分析能力）2. 图2.4-10画出了用电压表、电流表测量导体电阻的两种电路图。图中电压表的内阻为1k，电流表的内阻为0.1，被测量导体R的真实电阻为84.7。测量时，把电压表读数和电流表读数的比值作为电阻的测量值。如果不考虑实验操作中的偶然误差，按甲、乙两种电路进行实验，得到的电阻测量值各是多少？你能从中得出什么结论？ 答：甲图中，电流表测到的电流实际上是电压表和电阻并联部分的总电流，所以电阻的测量值为电压表和电阻并联部分的总电阻，即，乙图中，电压表和电流表的内阻的影响，两种测量电路都存在系统误差，甲图中测量值小于真实值，乙图中测量值大于真实值，但两种电路误差的大小是不一样的(在这里，教科书把电压表的内接和外接问题作为欧姆定律在新情境下的一个应用，没有作为一个知识点，因此教学的着眼点应该放在基本规律的练习)3. 如图2.4-11，两个电阻串联后接在电路中a、b两点。已知、两点的电压能保持10V不变。某同学把一个电压表并联在R1两端时，电压表读数为5V，将该电表并联在R2两端时，读数为4V。两次电压表读数之和明显不等于串联电路的总电压，而实验用的电压表是正常的、准确的。这种现象可能发生吗？如果可能，分析产生这种现象的原因。答：可能发生产生这种现象的原因是电压表内阻的影响当电压表并联在两端时，电压表和的并联电阻小于，测得的电压小于、直接串联时分得的电压同样，当电压表和并联时，测得的电压小于、直接串联时分得的电压所以两次读数之和小于总电压4. 图2.4-12是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为010V，当使用a、10 V100 Vc两个端点时，量程为0100V。已知电流表的内阻为Rg为500欧姆，满偏电流Ig为1mA ,求电阻R1、R2的值9.5×103 9×1045. 图2.4-13是有两个量程的电流表，当使用a、b两个端点时，量程为1A，当使用a、c两个端点时，量程为0.1A。已知表头的内阻Rg为200，满偏电流Ig为2 mA，求电阻R1、R2的值。R1=0.41、R2=3.67第五节 焦耳定律1. 在几个电阻串联或并联的电路中，试根据串、并联电路的电流、电压特点证明以下论断：（1）串联电路各个电阻消耗的电功率跟它们的电阻成正比；（2）并联电路各个电阻消耗的电功率跟它们的电阻成反比；（3）串联电路上消耗的总功率P=IU等于各个电阻上消耗的热功率之和；（4）并联电路上消耗的总功率P=IU等于各个电阻上消耗的热功率之和。答：设电阻消耗的电功率为，电阻消耗的电功率为，（1）串联电路中各处电流相等，设电流为，则电功率：，此式说明串联电路中各电阻消耗的电功率与其电阻成正比。（2）并联电路中各电阻两端的电压相等，设电压为，则有， ，得证。（3） 因为串联电路总电压等于各部分电压之和，即，所以串联电路消耗的总功率，得证。（4）因为并联电路总电流等于各支路电流之和，即，所以并联电路消耗的总功率，得证。2. 电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态。图2.5-2是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电阻丝。（1）自动开关S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由（2）要使R2在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1：R2应该是多大？答：（1）接通S时，直接接在电源两端，电路消耗的电功率为。当S断开时，、串联后接到电源上，电路消耗的电功率为。因为，所以S接通时，电饭锅处于加热状态，S断开时，电饭锅处于保温状态。 （2）加热时，要使，必有。3. 四盏灯泡接成图2.5-3的电路。a、c灯泡的规格为“220V 40W”，b、d灯泡的规格为“220V 100W”，各个灯泡的实际功率都没有超过它的额定功率。请排列这四盏灯泡实际消耗大小的顺序，并说明理由。答：根据灯泡的规格可以知道。电路可以看成是由、并联部分和三部分串联而成。由于电流相同，且并联部分的总电阻小于其中最小的电阻，所以。对于并联部分，由于电压相等，的电阻小，因此。所以。4. 如图2.5-4所示，线路的电压U=220V，每条输电线的电阻r =5，电炉A的电阻RA=100，求电炉A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个阻值相同的电炉B，两个电炉上的电压和每个电炉消耗的功率各是多少？（1） 当只有电炉A时，UA=200V，PA=400W （2）UA= UB=183V，每个电炉上消耗的电功率为336W5. 使用功率为2 kW的电加热装置把2 kg的水从20 加热到100 ，用了10 min。已知水的比热容为4.2 ×103J/( kg. )。这个装置的效率是多大？解：电热（消耗的电能）为。水升温吸收的热量为。效率为第六节 导体的电阻1. 在实验室用一段导线连接一个“3V、0.25A”的小灯泡做实验时，一般都不会考虑导线的电阻。请你找一段导线，目测它的长度和导线中铜丝的横截面积，估算它的电阻，然后说明可以不考虑导线电阻的理由。答：小灯泡的电阻为。若铜丝，横截面直径为，则铜丝的电阻为。可见，比小得多，故可以不计导线电阻。2. 小李家的房子装修，买了一卷规格为“100mm、2.5mm2”的铜导线，用来安装一路专线，对额定功率1.5kW的空调供电。实际上恰好用去了一半导线。如果空调能够正常工作，制冷时在这段导线上损失的电压是多少？1.16V3. 某同学想探究导电溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律。他拿了一根细橡胶管，里面灌满了盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱。他量得盐水柱的长度是30 cm,并测出盐水柱的电阻等于R。现握住橡胶管的两端把它拉长，使盐水柱的长度变为40cm。如果溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同，此时盐水柱的电阻应该等于多少？答：盐水柱的体积不变，故横截面积变为原来的，因此，所以4. 有两根不同材料的电阻丝，长度相同，甲的横截面的圆半径及电阻率都是乙的2倍。（1）把它们并联在电路中，甲、乙消耗的电功率之比是多少？（2）把它们串联在电路中，甲、乙消耗的电功率之比是多少？(1) 2:1; (2) 1:2; 第七节 闭合电路的欧姆定律1. 一个电源接8电阻时，通过电源的电流为0.15A；接13电阻时，通过电源的电流为010A，求电源的电动势和内阻。，。2、小张买了一只袖珍小电筒，用的是两节小的干电池，他取出电筒中的小灯泡，看到上面标有“2 2V 025A”字样。小张认为产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了产品设计者设定的每节干电池的内阻参数。如果小张的判断是对的，那么，所设定的每节干电池的内阻是多少？1.63. 许多人造卫星都用太阳能电池供电。太阳能电池有许多片电池板组成。某电池板不接负载时的电压是600V，短路电流是30 A。求这块电池板的内阻。204. 电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0时，路端电压为4.0V。如果在外电路并联一个6.0的电阻，路端电压是多大？如果6.0的电阻串联在外电路中，路端电压又是多大？3.72V 4.3V5. 现有电动势1.5V、内阻1.0欧姆的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个“6.0V 0.6W”的用电器供电，以保证用电器在额定状态下工作。问：最少要用几节这种电池？电路还需要一个定值电阻做分压用，请计算这个电阻的规格。提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和；串联电池组的内阻等于各个电池的内阻之和。当，有最小值为5。第八节 多用电表的原理1. 如果给电压表串联一个阻值等于电压表内阻的电阻，它的量程变为多大？刻度盘上的是数字（图2.8-8甲）应当怎么改？ 如果给电流表并联一个阻值等于电压表内阻的电阻，它的量程变为多大？刻度盘上的是数字（图2.8-8乙）应当怎么改？ A乙甲 答：量程变为原来的2倍，数字改为0、2、4、6量程变为原来的2倍，数字改为0、2、4、62. 一个量程为 0150V 的电压表,内阻为 20 k,把它与一个大电阻串联后接在110V电路的两端，电压表的读数是5V。这个外接电阻是多少?这是测量大电阻的一种方法。420 k3. 某人把电流表、干电池和一个定值电阻串联后，两端连接两支测量电笔，做成了一个测量电阻的装置。两支电笔直接接接触时，电流表读数为5.0 mA，两支表笔与200的电阻连接时，电流表读数为3.0 mA。现在把表笔与一个未知电阻连接，电流表读数为2.5 mA，这个未知电阻是多大？300第九节 实验：练习使用多用电表1. 用多用电表进行了两次测量，指针的位置分别如图中a和b所示。若多用表的选择开关处在以下表格中所指的挡位，a和b的相应读数是多少？请填在表中。 指针读数 所选择的挡位ab直流电压2.5V 直流电流50mA 电阻×10 答：所选择的挡位ab直流电压2.5V0.57V2.00V直流电流100mA22.8mA80.0mA电阻500322. 用表盘为图2.9-7所示的多用电表正确测量了一个13的电阻后，需要继续测量一个阻值大概是2 k左右的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，以下哪些操作是必须的？请选择其中有用的，按操作顺序写出：_A、 用螺丝刀调节表盘下中间部位的调零螺丝，使表针指0B、将红表笔与黑表笔接触C、把选择开关旋转到“×1k”位置D、把选择开关旋转到“×100”位置E、调节调零旋钮使表针指向欧姆零点答：D、B、E3. 回答下列问题 (1) 用多用电表测量直流电流时，红表笔和黑表笔哪个电势较高？ (2) 用多用电表测量直流电压时，红表笔和黑表笔哪个电势较高？ (3) 用多用电表测量电阻时，红表笔和黑表笔哪个电势较高？答：（1）红表笔（2）红笔表（3）黑表笔4图中的A、B、C为黑箱（即看不见内部电路结构的盒子）上的三个接点，箱内有两个电学元件与它们相连。为探明内部结构，某同学用多用电表进行了四步测量 ：（1）直流电压档测量：A，B，C三点间均无电压；（2）用欧姆档测量：A，C间正反向电阻完全相同；（3）用欧姆档测量：黑表笔接A，红表笔接B，有电阻；反接后阻值很大；（4）用欧姆档测量：黑表笔接C，红表笔接B，有电阻，阻值比第（2）步测得的大，反接后阻值很大。请判断，黑箱内部有什么元件？它们是怎样连接的？答：黑箱内部有电阻和二极管第十节 实验：测定电池的电动势和电阻1. 某同学做了一个马铃薯电池，准备用滑动变阻器和一个多用电表来测定它的电动势和内阻。实验装置如下图。当滑动变阻器为某一值时，用多用电表的直流电压挡测出变阻器两端的电压U，再卸去变阻器一个接线柱的导线，把多用电表的两表笔串联在电路中，用直流电流挡测出通过变阻器的电流。随后改变变阻器的电阻，重复上述操作，获得多组、数据。这个实验方案有什么缺点？ 答：该实验方案的主要缺点是，将路端电压和电流分两次测量由于电表内阻的影响，两次测量时电路并不处于同一状态，也就是说，测量的电流值，已不是测电压时电路中的电流值了另外，在测量中需要不断改变电路，操作也不方便2. 用如图所示的电路测定一节蓄电池的电动势和内阻。蓄电池的内阻非常小，为防止调节滑动变阻器过小时由于电流过大而损坏器材，电路中用了一个保护电阻R0。除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外，可供使用的实验器材还有： A. 电流表（量程0.6A，3A）B. 电压表（量程3V、15V）C. 定值电阻（阻值1、额定功率5W）D. 定值电阻（阻值10、额定功率10W） （1）电流表和电压表各选哪个量程？为什么？ （2）选用哪个定值电阻做R0？为什么？答：因蓄电池的电动势为，故电压表量程应选3V挡若定值值电阻取10，则电路中电流最大不超过0.2A，电流值不到电流表小量程的，不利于精确读数，故定值电阻只能取1若电流表量程选3A，为了便于读数（应使指针半偏及以上），电流需在1.5A以上这样，电路的总电阻在1.33以下，变化范围太小，不利于滑动变阻器操作，所以电流表量程应选0.6A当滑动变阻器的阻值大于10时，电流小于0.2A，电流表示较小，不利于精确读数，所以滑动变阻器的阻值只用到10以内的部分如果用200的变阻器，大于10的部分几乎无用所以变阻器选E3. 某同学选用了其他规格的器材,按上图进行实验。他调整滑动变阻器共测得了5组电流、电压的数据,如下表。请作出蓄电池路端电压U随电流I变化的U-I图像，根据图像得出蓄电池的电动势和内阻的测量值。电流表读数I/A 1.72 1.35 0.98 0.63 0.34电压表读数U/V 1.88 1.92 1.93 1.98 1.99答：图象略由图象可知：，第十一节 简单的逻辑电路（略）第3章 磁场 问题与练习 3.1磁现象和磁场1. 音箱中的扬声器、电话、磁盘、磁卡等生活中的许多器具都利用了磁体的磁性。请选择一个你熟悉的器具，简述它是怎样利用磁体的磁性来工作的。答：扬声器发声的机理：磁体产生的磁场对附近的通电线圈产生力的作用，从而使线圈振动，带动扬声器的纸盒振动，发出声音耳机和电话的听筒能够发声也是这个道理2. 日常生活中，磁的应用给我们带来很多方便。例如，在柜门上安装“门吸”能方便地把柜门关紧；把螺丝刀做成磁性刀头，可以像手一样抓住需要安装的铁螺钉，还能把掉在狭缝中的铁螺钉取出来。请你关注自己的生活，看看还有哪些地方如果应用磁性可以带来方便。写出你的创意，并画出你设计的示意图。答：如果有铁质的物体（如小刀等）落入深水中无法取回时，可以用一根足够长的细绳拴一磁体，放入水中将物体吸住，然后拉上来；如果有许多大头针（或小铁屑等）撒落在地上，可以用一块磁铁迅速地将它们拾起来3. 磁的应用非常广泛，不同的人对磁应用的分类也许有不同方法。请你把磁的应用分类，每类举一个例子答：磁的应用的分类：（1）利用磁体对铁、钴、镍的吸引力，如门吸、带磁性的螺丝刀、皮带扣、女式的手提包扣、手机皮套扣等等（2）利用磁体对通电导线的作用力，如喇叭、耳机、电话、电动机等（3）利用磁化现象记录信息，如磁卡、磁带、磁盘等等3.2 磁感应强度1.有人根据提出：一个磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比，跟电流强度I和导线长度L的乘积IL成反比。这种说法有什么问题？答：这种说法不对磁场中的某点的磁感应强度由磁场本身决定，与检验电流的大小、方向、通电导线的长度、受到的安培力的大小均无关（说明：单纯从数学出发而不考虑公式的物理意义是学生的一种常见错误定义式是一个定义式，磁场中特定位置的比值不变才反映了磁场本身的属性2. 在匀强磁场中，有一根长0.4m的通电导线，导线中的电流为20A，这条导线与磁场方向垂直时，所受的磁场力为0.015N，求磁感应强度的大小。答：由，可知3. 在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样。下图中的几幅图象表现的是导线受力的大小F与通过导线的电流I的关系。a、b各代表一组F、I的数据。在甲、乙、丙、丁四幅图中，正确的是哪一副或几幅？说明道理。OFI甲OFI乙OFI丙OFI丁baaaabbb答：正确的是乙和丙图由定义式可知，当L一定时，是定值，所以两点的联线应通过图的坐标原点3.3 几种常见的磁场1.通电直导线附近的小磁针如图所示，标出导线中的电流方向。 答：电流方向由上向下2.如图所示，当导线环中沿逆时针方向通过电流时，说出小磁针最后静止时N极的指向。答：小磁针N极的指向是垂直纸面向外，指向读者3. 通电螺线管内部与管口外相比，哪里的磁感应强度比较大？你是根据什么判断的？答：通电螺线管内部的磁感应强度比管口外的大，可根据磁感一越密处，磁感应强度越大来判断4.如图，在x轴和y轴构成的平面直角坐标系中，过原点再做一个z轴，就构成了空间直角坐标系。匀强磁场的磁感应强度B=0.2T，方向沿x轴的正方向，且ab=dc=0.4 m,bc=ef=ad=0.3 m,be=cf=0.3 m,通过面积S1(abcd)、S2(befc)、S3(aefd)的磁通量1、2、3各是多少？ 答：；3.4 通电导线在磁场中受到的力1. 磁场中有一条通电导线，其余方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中两个量的方向，试画出第三个量的方向。（“·”表示磁感线垂直纸面向外，“ ×”表示磁感线垂直纸面向里，”“表示电流垂直纸面向外，“”表示电流垂直纸面向里。）B丙B甲 F 乙 F 画出未标出的电流或磁感应强度、安培力的方向 1 答：如图所示2. 把一根通电导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图所示。导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a向b.(1)描述导线的运动情况。(2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，它可能是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管、直线电流。请你分别按每种可能考虑，大致画出它们的安放位置。2 答：（1）通电导线的端和端受到的安培力分别垂直纸面向外和垂直纸面向内，所以导线会按俯视逆时针方向转动当转过一个很小的角度后，在向右的磁场分量的作用下，通电导线还会受到向下的安培力所以导线先转动，后边转动边下移（2）图3-5所示的甲、乙、丙、丁四个图分别表示虚线框内的磁场源是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管和直流电流及其大致位置说明：虚线框内的磁场源还可以是通电的环形电流3. 如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n,线圈的水平边长为l,处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。(1) 导出用n、m、l、I计算B的表达式。(2) 当n=9、l=10.0cm、I=0.10A、m=8.78g时，磁感应强度是多少？答：（1）设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码质量为，右盘的质量为，则由等臂天平的平衡条件，有：电流方向改变后，同理可得：，两式相减，得（2）将，代入，得说明：把安培力的知识与天平结合，可以“称出”磁感应强度，这是一个很有用的方法4. 如图所示，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触。通电后，你预计会发生什么现象？怎样解释这个现象？答：弹簧上下振动，电流交替通断产生这种现象的原因是：通入电流时，弹簧各相邻线圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引，使得弹簧收缩，电路断开；电路断开；电路断开后，因电流消失，线圈之间相互作用消失，因而弹簧恢复原来的状态，电路又被接通这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断3.5 运动电荷在磁场中受到的力1.试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。答：在图中，A图中运动电荷所受洛伦兹力的方向在纸面向上；B图中运动电荷所受洛伦兹力的方向在纸面向下；C图中运动电荷所受洛伦兹力的方向垂直纸面指向读者；D图中运动电荷所受洛伦兹力的方向垂直纸面背离读者2.电子的速率v=3.0×106m/s，沿着与磁场方向垂直的方向射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？答：由可知，3.在如图所示的平行板电器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有速度v=E/B时，才能沿着图示虚