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物理基本概念和基本规律 （中） 吕叔湘中学 庞留根 2005年1月,41. 第一个用电场线描述电场的科学家是法拉第。电场线并不存在，是人为画出的。电场线不闭合，磁感应线是闭合的曲线。,40. 元电荷电子（质子）所带的电量（e=1.6010-19C）为所有电量中的最小值，叫做元电荷。,42-45,42. 用比值定义的物理量如电场强度 E=F/q、电势差U=W/q、电容C=Q/U 、电阻R=U/I、磁感应强度B=Fm/IL等都跟等式右边的物理量无关。,43. 电容器跟电源连接时， U不变，d 减小，C增大,Q增大,E增大.,44.电容器充电后跟电源断开, Q不变, d 减小，C增大,U减小, E不变.,45.带电粒子在匀强电场中的运动 加速：qU=1/2mv2 偏转：类平抛运动.,46. 应用部分电路欧姆定律I=U/R时，I、R、U三个量必须是同一段电路的，部分电路欧姆定律I=U/R不适用含有电源、电动机的电路。,47. 电功W=UIt、电功率P=UI适用于任何电路； 电热Q=I2Rt、热功率P=I2R只适用于纯电阻电路。 对纯电阻电路有W=Q、对非纯电阻电路有WQ。电动机的电功率等于机械功率加上热量。 电源的输出功率,48. 两电阻串联的分压关系 U1=U R1/（R1+R2 ） U2= U R2/（R1+R2 ）,49. 两电阻并联的分流关系 R=R1R2 /（R1+R2 ） I1=IR2 /（R1+R2 ） I2= IR1/（R1+R2 ）,46-49,50. 电源的电动势等于外电路断开时的路端电压，路端电压随外电阻的增大而增大。,51. 电源的电动势等于UI图线跟纵轴的交点的值，内电阻等于UI图线的斜率。,50-52,52. 用伏安法测量电阻时， 安培表内接时，R测=U/I=Rx+RA 大电阻 （RX RA） 用内接法; 安培表外接时，R测=U/I=RX RV ( RX+RV) 小电阻 ( RX RV ) 用外接法。 测量电阻的其它方法,53.电压表的改装串联一个大电阻,(U- Ug ) / Ug = R1 / Rg R1 = Rg(U- Ug ) / Ug =(n-1) Rg,54. 安培表的改装并联一个小电阻,(I Ig ) R2 = Ig Rg R2 = Rg Ig / (I Ig ) = Rg/ (n-1),55.用欧姆表测电阻时，必须先选择量程，进行调零，测量时待测电阻要跟电源断开，读数要乘以倍率，指针应在中央1/3 刻度附近。 若指针偏转太大，应换用较小量程，重新进行调零后进行测量。 若指针偏转太小，应换用较大量程，重新调零后进行测量。 测量结束，要拔出表笔，并将选择开关置于OFF或者交流500V档。 欧姆表的黑表笔跟表内电池的正极相连。 多用表的读数方法,55,56. 各种材料的电阻率都随温度而变化：金属的电阻率随温度的升高而增大，电阻温度计（铂）就是根据这一特性制成，有些合金如锰铜和康铜的电阻率几乎不随温度而变化，常用来制作标准电阻。半导体的电阻随温度的升高而减小,例如热敏电阻。 57. 超导现象：当温度降低到绝对零度附近时，电阻突然减小为零的现象。当超导体中有电流通过时，由于不产生热量，电流可以维持很长时间不消失。 58. 二极管的单向导电作用二极管正极的电势高于负极电势时，导通，电阻很小；反之，二极管截止，电阻很大。,59. 右手定则应用在确定电流的磁场方向和电磁感应中感应电流的方向；左手定则应用在确定磁场对通电导线的作用力方向和洛仑兹力的方向。 60. 带电粒子在匀强磁场中只受洛仑兹力作用时，做匀速圆周运动。圆周运动的半径跟动量成正比，圆周运动的周期跟半径、速度无关。在复合场中的运动要根据受到的合力和初始条件决定。带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动的条件是： qvB=qE 例 质谱仪 回旋加速器 61. 电磁感应现象：不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。产生感应电动势的条件：a. 磁通量发生变化。 b. 回路中的一部分导体做切割磁感应线运动。 c. 线圈中的电流发生变化（自感现象）,62. 判断感应电流的方向： a.楞次定律（“增反减同” ） b.右手定则. 感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的 原因 63. 自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。 自感线圈中的电流不能突变。 例,62-63,64.日光灯镇流器跟灯管串联，启动器跟灯管并联,电路图如右图。 镇流器的作用启动时，产生高电压，帮助点燃； 正常工作时的感抗限制电流，保护灯管。 注意：灯管两端的电压与镇流器的电压之和不等于电源电压。 启动器的作用 自动开关可用普通开关或短绝缘导线代替。,-64,65. 线圈在匀强磁场中匀速转动时产生正弦交流电，从中性面开始计时，表达式为e=NBSsint. 66. 交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，正弦交流电的有效值等于最大值的0.707。交流电表、电器铭牌上指示的值都是有效值。 67. 计算电路中的热量用有效值，计算电路中的电量用平均值。计算某一时刻的值用瞬时值。例 68. 变压器可以改变交流电的电压和电流，但不能改变交流电的功率，也不能改变直流电的电压电流. 69.变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。,70. 减小输电线路上的功率（电压）损失的基本方法是用变压器提高输电电压：输电功率一定的情况下，电压提高n倍，输电电流减小到1/n，输电线路上的电压损失减小到1/n，输电线路上的功率损失减小到1/n2 例 71. 对于纯电阻电路，欧姆定律仍然适用，只是要用有效值。 电感对交流电的阻碍作用叫感抗，交流电的频率越大、自感系数越大，感抗越大。XL=2f L 电感是“通直流，阻交流，通低频、阻高频”。 电容对交流电的阻碍作用叫容抗，交流电的频率越大、电容越大，容抗越小。XC=1 2f C 电容是“通交流，阻直流，通高频、阻低频”。例,70-71,73.麦克斯威建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在。,74.麦克斯韦电磁场理论的两大支柱： 变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场,72.LC振荡电路的固有周期,固有频率,75. 电磁波的传播速度v与频率f、波长的关 系是 v=f,77. LC振荡电路发射的电磁波的波长。,78. 电磁波的发射开放电路、调制 电磁波的接收调谐、检波,76. 电磁波由一种媒质进入另一种媒质时频率不 变， 传播速度和波长会发生变化。,79. 晶体二极管的导电特性是单向导电性。 当二极管正极电势高于负极时，二极管导通，有电流流过二极管，二极管表现出对电流的阻碍作用很小。 当二极管负极电势高于正极(反向电压)时，二极管截止，只有极小的电流流过二极管，表现出对电流的阻碍作用很大。 对理想二极管可认为：导通时二极管电阻为零，截止时二极管电阻无穷大。,79,80. 惠斯顿电桥平衡条件 R1 R4=R2 R3,示波器的使用,例：某一用直流电动机提升重物的装置,如上右图所示.重物的质量m=50千克,电源的电动势=110伏特,不计电源内阻及各处的摩擦.当电动机以v=0.90米/秒的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流强度I=5A，由此可见电动机线圈的电阻等于多少？,解：由能量守恒定律,P电=P机+PR,5110=5000.90+25R,I=mgv+I 2R, R=4,电动机,如图示电路中，已知直流电动机M的电阻是R，电源的内阻是r，当电动机正常工作时，电压表的示数是U，电流表的示数是I，则以下结论正确的是 ( ) A. ts 内电动机产生的热量是I2 Rt B. ts 内电动机产生的热量是IUt C. 电源电动势是(IR+Ir) D. 电源电动势是(U+Ir),A D,电动机,常见的几种电场线的分布情况:,电场线,上式是从匀强电场的情况得出的， 上式同样适用非匀强电场的情况,由动能定理 1/2mv2=qU,带电粒子在电场力的作用下，电场力所的功 W=qU，设带电粒子到达负极板时的速度为V,带电粒子的加速,带电粒子的偏转,如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y，板间距离为d在两板间加以电压U，两板间的匀强电场的场强为E=U/d现有一电荷量为-q的带电粒子以水平速度v0射入电场中.,带电粒子在初速度方向做匀速运动 L=v0t t=L/ v0,带电粒子在电场力方向做匀加速运动,带电粒子通过电场的侧移,偏向角,电源的输出功率:,可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，,而当内外电阻相等时， 电源的输出功率最大为,PR图线,速度选择器,如图5所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内（磁场水平向内），有一离子恰能沿直线飞过此区域（不计离子重力） A若离子带正电，E方向应向下 B若离子带负电，E方向应向上 C若离子带正电，E方向应向上 D不管离子带何种电，E方向都向下,D,例、如图所示， abcd是一个边长为l 的正方形，它是磁感应强度为B的匀强磁场横截面的边界线，一带正电粒子从ad边的中点O与ab边成30角且垂直于磁场的方向射入，若该带电粒子所带电荷量为q、质量为m（重力不计）则 （1）该带电粒子在磁场中飞行时间最长是多少？ （2）若要带电粒子飞行时间最长，带电粒子的速度必须符合什么条件？,解： （1）从ab 边射出飞行时间最长如图示：, t=5T/6=5m3qB,（2）做圆周运动的半径为 r=mv/qB,r+rsin 30 l / 2,即 mv/qBl /3, v qBl 3m,具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素，质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器，它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成，它的结构原理如图所示。,质谱仪,的D形盒的半径为R，用来加速质量为m，带电量为q 的质子，使质子由静止加速到能量为E 后，由A 孔射出。求： （1）加速器中匀强磁场B 的方向和大小。 （2）设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，加速到上述 能量所需回旋周数. （3）加速到上述能量所需时间(不计通过缝隙的时间）。,解：（1）由 qvB=mv2 /R,E=1/2mv2,B的方向垂直于纸面向里.,（2）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次，,所以 n=E/2qU,（3）周期T=2m / qB 且周期与半径r及速度v 都无关,t = nT = E/2qU2m / qB = m E/q2 UB,回旋加速器,2003年上海高考,6.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是 （ ）,B,例3. 如图所示的电路，L是自感系数较大的线圈，在滑动变阻器的滑动片P从A端迅速滑向B端的过程中，经过AB中点C时通过线圈的电流为I1；P从B端迅速滑向A端的过程中，经过C点时通过线圈的电流为I2；P固定在C点不动，达到稳定时通过线圈的电流为I0，则（ ） A. I1 = I2= I0 B. I1 I0 I2 C. I1 = I2 I0 D. I1 I0 I2,D,例4. 如图14所示的电路，L1和L2是两个相同的小电珠，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通时，_灯先亮；S断开时，_灯先熄灭。,L1,L2,交流电的产生,.图中是某一非正弦交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是 .,Q直=I2 RT,根据有效值的定义， 由Q直= Q交，得到,5A,有效值,图中是两个非正弦交流电电流随时间变化的图像，它们的最大值都是10A,它们的有效值分别是：,A：7.07A,B: Q=I1 2 RT/2+0 =I2 RT,I1 =7.07A,I=5A,有效值,例. 如图所示，abcd是交流发电机的矩形线圈, ab=30cm,bc=10cm, 共50匝, 它在B=0.8T的匀强磁场中绕中心轴OO顺时针方向匀速转动，转速为480r/min,线圈的总电阻为r=1,外电阻为R=3 ,试求:,1.线圈从图示位置转过1/4 转的过程中,电阻R上产生的热量和通过导线截面的电量,2.从图示位置转过30时的电流值,Em = NBS =60.3V,Im = Em /（R+r）=15.1A,转过900的过程中电阻R上产生的热量为,Q=I2 R t= I2 R T/4=10.7J,感应电流的平均值为,转过900的过程中通过导线横截面的电量为,2. 从图示位置转过30时的电流值为 i= Im sin 30=15.10.5=7.55 A,如图示：把电阻、电感线圈、电容器并联接到某一交流电源上，三个电流表的示数相同。若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I1、 I2、 I3 的大小关系是（ D ） I1 = I2 = I3 I1 I2 I3 I2 I1 I3 I3 I1 I2,RLC交流电路,伏安法测E、r,五.,伏安法测电阻电路,替代法测量电阻,I2R =I1 Rx Rx = I2R / I1 (不计电源内阻),替代比较法测电阻,比较法测量电阻,伏安法测电压表电阻,半偏法测量电表电阻,半偏法,R1100R2时 有Rg=R2,条件RR0,由 I1Rx= I2 R,得 Rx= I2R I1,比较法测电阻,由 I1 r1 =I2 r2,得 r1= I2 r2 I1,甲图中的电压表的电压U1、 乙图中的电压表的电压U2,比较法测电压表电阻,表原理,注意：欧姆表的黑表笔跟表内电池的正极相连。 红表笔跟表内电池的负极相连。 用欧姆表判别二极管好坏时用到这一点。,电阻箱的使用,最大电阻为,图示读数为,45190 ,999999 ,电阻箱,多用表的读数方法,02.5V交流读最下刻度 欧姆表读最上刻度乘以倍率 其它电压电流均读中间刻度,如图示多用电表，选择开关分别置于下列位置时的读数是： 100 10V量程 250V量程 5mA量程 2.5V交流量程,1.00k,6.2V,155V,3.10mA,1.85V,例.如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为I1、I2、I3，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是：( ) (A)U1:U2n1:n2，U2:U3=n2:n3； (B)I1/I3=n3/n1， I1/I2=n2/n1； (C) I1U1=I2U2I3U3 ； (D) n1I1=n2I2n3I3 。,A C D,变压器,自耦变压器,变压器,例、某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，则：画出输电线路的示意图； 求出所用的变压器的原副线圈匝数比。,解：,线路上损耗的功率为P = 5000 W，,P =I2 2 R,电流为I2 =25A，,线路上的电压为U=I2 R=200V，,U2 =P/I2 =100000/25=4000V,n1n2 =U 1U2 =1 4,U3=U2 -U =3800V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =190 11,输电,是用来显示和测量交直流信号幅度、频率、周期等多种物理量的仪器，种类繁多，但主要由以下三部分组成：垂直（y）放大器、水平（x）放大器和扫描系统。,示波器,地,