5.用电器与电源相距L.线路上电流强度为I.为使输电线上的电压损失不超过U.已知输电线的电阻率为.那么输电线的横截面积最小值应是( ) A.LI/U B.2LI/U C.U/LI D.2UI/L 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

(一)在测量电源的电动势和内电阻时,
(1)用设计的电路读取两组数据,分别用I1、U1、I2、U2表示,求得待测电池电动势E=
 
,内阻r=
 

(2)在处理实验数据的过程中,为使结果更精确(在不改变实验器材、实验电路的前提下),请你提出一条建议:
 

(二)在“测量滑块与木板之间动摩擦因数”的探究活动中,某物理小组设计使用的实验装置如图1所示,一表面粗糙的木板水平固定在桌面上,一端装有定滑轮.木板上有一滑块,其一端与打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点
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(1)图2给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打出的点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.根据图中数据计算可得滑块加速度a=
 
(保留三位有效数字).
(2)回答下列两个问题:
①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有
 
 (填入所选物理量前的字母).
A.木板的长度l    B.木板的质量m1  C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3   E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时,需要的实验器材是
 

(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=
 
(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数
 
(填“偏大”、“偏小”或“相等”).写出支持你的看法的一个论据:
 

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(一)在测量电源的电动势和内电阻时,
(1)用设计的电路读取两组数据,分别用I1、U1、I2、U2表示,求得待测电池电动势E=______,内阻r=______.
(2)在处理实验数据的过程中,为使结果更精确(在不改变实验器材、实验电路的前提下),请你提出一条建议:______
(二)在“测量滑块与木板之间动摩擦因数”的探究活动中,某物理小组设计使用的实验装置如图1所示,一表面粗糙的木板水平固定在桌面上,一端装有定滑轮.木板上有一滑块,其一端与打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点

(1)图2给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打出的点(图中未标出),计数点间的距离如图2所示.根据图中数据计算可得滑块加速度a=______(保留三位有效数字).
(2)回答下列两个问题:
①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有______ (填入所选物理量前的字母).
A.木板的长度l    B.木板的质量m1 C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时,需要的实验器材是______.
(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=______(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数______(填“偏大”、“偏小”或“相等”).写出支持你的看法的一个论据:______.

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第十部分 磁场

第一讲 基本知识介绍

《磁场》部分在奥赛考刚中的考点很少,和高考要求的区别不是很大,只是在两处有深化:a、电流的磁场引进定量计算;b、对带电粒子在复合场中的运动进行了更深入的分析。

一、磁场与安培力

1、磁场

a、永磁体、电流磁场→磁现象的电本质

b、磁感强度、磁通量

c、稳恒电流的磁场

*毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart law):对于电流强度为I 、长度为dI的导体元段,在距离为r的点激发的“元磁感应强度”为dB 。矢量式d= k,(d表示导体元段的方向沿电流的方向、为导体元段到考查点的方向矢量);或用大小关系式dB = k结合安培定则寻求方向亦可。其中 k = 1.0×10?7N/A2 。应用毕萨定律再结合矢量叠加原理,可以求解任何形状导线在任何位置激发的磁感强度。

毕萨定律应用在“无限长”直导线的结论:B = 2k 

*毕萨定律应用在环形电流垂直中心轴线上的结论:B = 2πkI 

*毕萨定律应用在“无限长”螺线管内部的结论:B = 2πknI 。其中n为单位长度螺线管的匝数。

2、安培力

a、对直导体,矢量式为 = I;或表达为大小关系式 F = BILsinθ再结合“左手定则”解决方向问题(θ为B与L的夹角)。

b、弯曲导体的安培力

⑴整体合力

折线导体所受安培力的合力等于连接始末端连线导体(电流不变)的的安培力。

证明:参照图9-1,令MN段导体的安培力F1与NO段导体的安培力F2的合力为F,则F的大小为

F = 

  = BI

  = BI

关于F的方向,由于ΔFF2P∽ΔMNO,可以证明图9-1中的两个灰色三角形相似,这也就证明了F是垂直MO的,再由于ΔPMO是等腰三角形(这个证明很容易),故F在MO上的垂足就是MO的中点了。

证毕。

由于连续弯曲的导体可以看成是无穷多元段直线导体的折合,所以,关于折线导体整体合力的结论也适用于弯曲导体。(说明:这个结论只适用于匀强磁场。)

⑵导体的内张力

弯曲导体在平衡或加速的情形下,均会出现内张力,具体分析时,可将导体在被考查点切断,再将被切断的某一部分隔离,列平衡方程或动力学方程求解。

c、匀强磁场对线圈的转矩

如图9-2所示,当一个矩形线圈(线圈面积为S、通以恒定电流I)放入匀强磁场中,且磁场B的方向平行线圈平面时,线圈受安培力将转动(并自动选择垂直B的中心轴OO′,因为质心无加速度),此瞬时的力矩为

M = BIS

几种情形的讨论——

⑴增加匝数至N ,则 M = NBIS ;

⑵转轴平移,结论不变(证明从略);

⑶线圈形状改变,结论不变(证明从略);

*⑷磁场平行线圈平面相对原磁场方向旋转α角,则M = BIScosα ,如图9-3;

证明:当α = 90°时,显然M = 0 ,而磁场是可以分解的,只有垂直转轴的的分量Bcosα才能产生力矩…

⑸磁场B垂直OO′轴相对线圈平面旋转β角,则M = BIScosβ ,如图9-4。

证明:当β = 90°时,显然M = 0 ,而磁场是可以分解的,只有平行线圈平面的的分量Bcosβ才能产生力矩…

说明:在默认的情况下,讨论线圈的转矩时,认为线圈的转轴垂直磁场。如果没有人为设定,而是让安培力自行选定转轴,这时的力矩称为力偶矩。

二、洛仑兹力

1、概念与规律

a、 = q,或展开为f = qvBsinθ再结合左、右手定则确定方向(其中θ为的夹角)。安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。

b、能量性质

由于总垂直确定的平面,故总垂直 ,只能起到改变速度方向的作用。结论:洛仑兹力可对带电粒子形成冲量,却不可能做功。或:洛仑兹力可使带电粒子的动量发生改变却不能使其动能发生改变。

问题:安培力可以做功,为什么洛仑兹力不能做功?

解说:应该注意“安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现”这句话的确切含义——“宏观体现”和“完全相等”是有区别的。我们可以分两种情形看这个问题:(1)导体静止时,所有粒子的洛仑兹力的合力等于安培力(这个证明从略);(2)导体运动时,粒子参与的是沿导体棒的运动v1和导体运动v2的合运动,其合速度为v ,这时的洛仑兹力f垂直v而安培力垂直导体棒,它们是不可能相等的,只能说安培力是洛仑兹力的分力f1 = qv1B的合力(见图9-5)。

很显然,f1的合力(安培力)做正功,而f不做功(或者说f1的正功和f2的负功的代数和为零)。(事实上,由于电子定向移动速率v1在10?5m/s数量级,而v2一般都在10?2m/s数量级以上,致使f1只是f的一个极小分量。)

☆如果从能量的角度看这个问题,当导体棒放在光滑的导轨上时(参看图9-6),导体棒必获得动能,这个动能是怎么转化来的呢?

若先将导体棒卡住,回路中形成稳恒的电流,电流的功转化为回路的焦耳热。而将导体棒释放后,导体棒受安培力加速,将形成感应电动势(反电动势)。动力学分析可知,导体棒的最后稳定状态是匀速运动(感应电动势等于电源电动势,回路电流为零)。由于达到稳定速度前的回路电流是逐渐减小的,故在相同时间内发的焦耳热将比导体棒被卡住时少。所以,导体棒动能的增加是以回路焦耳热的减少为代价的。

2、仅受洛仑兹力的带电粒子运动

a、时,匀速圆周运动,半径r =  ,周期T = 

b、成一般夹角θ时,做等螺距螺旋运动,半径r =  ,螺距d = 

这个结论的证明一般是将分解…(过程从略)。

☆但也有一个问题,如果将分解(成垂直速度分量B2和平行速度分量B1 ,如图9-7所示),粒子的运动情形似乎就不一样了——在垂直B2的平面内做圆周运动?

其实,在图9-7中,B1平行v只是一种暂时的现象,一旦受B2的洛仑兹力作用,v改变方向后就不再平行B1了。当B1施加了洛仑兹力后,粒子的“圆周运动”就无法达成了。(而在分解v的处理中,这种局面是不会出现的。)

3、磁聚焦

a、结构:见图9-8,K和G分别为阴极和控制极,A为阳极加共轴限制膜片,螺线管提供匀强磁场。

b、原理:由于控制极和共轴膜片的存在,电子进磁场的发散角极小,即速度和磁场的夹角θ极小,各粒子做螺旋运动时可以认为螺距彼此相等(半径可以不等),故所有粒子会“聚焦”在荧光屏上的P点。

4、回旋加速器

a、结构&原理(注意加速时间应忽略)

b、磁场与交变电场频率的关系

因回旋周期T和交变电场周期T′必相等,故 =

c、最大速度 vmax = = 2πRf

5、质谱仪

速度选择器&粒子圆周运动,和高考要求相同。

第二讲 典型例题解析

一、磁场与安培力的计算

【例题1】两根无限长的平行直导线a、b相距40cm,通过电流的大小都是3.0A,方向相反。试求位于两根导线之间且在两导线所在平面内的、与a导线相距10cm的P点的磁感强度。

【解说】这是一个关于毕萨定律的简单应用。解题过程从略。

【答案】大小为8.0×10?6T ,方向在图9-9中垂直纸面向外。

【例题2】半径为R ,通有电流I的圆形线圈,放在磁感强度大小为B 、方向垂直线圈平面的匀强磁场中,求由于安培力而引起的线圈内张力。

【解说】本题有两种解法。

方法一:隔离一小段弧,对应圆心角θ ,则弧长L = θR 。因为θ 

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(1)如图甲是测量滑块与木板间动摩擦因数的装置,将木板水平固定在桌面上,利用一根压缩的短弹簧来弹开滑块.请完成下列实验操作与分析:
①先接通打点计时器的电源,再释放滑块,滑块被弹A开后继续拖动纸带运动一段距离后停下.
②某次实验打出的纸带后面的一段如图乙,其中B点为滑块停下时在纸带上记录到的点.打点计时器打点周期为T,其他数据已在图中标出,则滑块通过A点的速度v=
 
(用T、x1、x2表示);再用
 
测出AB之间的距离L.
③已知重力加速度为g,则滑块与木板间动摩擦因数?=
 
(用g、L、T、x1、x2表示).由于纸带与计时器存在阻力,测出的动摩擦因数?与真实值相比
 
(填“一样大”、“偏大”或“偏小”).
(2)某同学用“伏安法”测一只阻值约十几kΩ的电阻R的阻值,所用的器材有:内阻约100kΩ、量程为0-15V的电压表V,内阻约100Ω、量程为1mA的电流表,最大电阻为50Ω的滑动变阻器,电源,电键和导线若干.
①若先用表盘如图A的多用表的欧姆挡粗测其电阻,则应将选择开关旋到“
 
”挡(选填×10Ω、×100Ω或×1kΩ).
②请将图B中用“伏安法”测量该电阻的电路图补充完整.
③由实验测得的7组数据已在图C的U-I图上标出,请你完成图线,并由图线求出R=
 
Ω.(结果保留三位有效数字)
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(2012?珠海二模)(1)某同学利用如图甲所示的实验装置测量重力加速度.
①请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误:a
打点计时器应接交流电源
打点计时器应接交流电源
;b
重物释放时应紧靠打点计时器
重物释放时应紧靠打点计时器

②该同学经正确操作得到如图乙所示的纸带,取连续的六个点,测得h1、h2、h3、h4、h5.若打点的周期为T,则打E点时速度为 vE=
(h5-h3)
2T
(h5-h3)
2T
;若分别计算出各计数点对应的速度数值,并在坐标系中画出v2与h的关系图线,如图丙所示,则重力加速度 g=
9.4
9.4
m/s2
③若当地的重力加速度值为9.8m/s2,请写出误差的主要原因
纸带通过打点计时器时的摩擦阻力
纸带通过打点计时器时的摩擦阻力


(2)测量电阻丝的电阻率ρ,电阻丝的电阻约为20Ω.先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度.可供选择的器材还有:
电池组E(电动势为3.0V,内阻约1Ω);
电流表A1(量程0~100mA,内阻约5Ω);
电流表A2(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω);
电阻箱R(0~999.9Ω);
开关、导线若干.
实验操作步骤如下:
A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;
B.根据所提供的实验器材,设计并连接好如图甲所示的实验电路;
C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关;
D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏.重复多次,记录每一次的R和L数据.
F.断开开关.
①如图乙,用螺旋测微器测量电阻丝直径为d=
0.730
0.730
 mm;
②电流表应选择
A1
A1
(选填“A1”或“A2”);
③用记录的多组R和L的数据,绘出了如图丙所示图线,截距分别为R0和L0,再结合测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的电阻率表达式 ρ=
πd2R0
4L0
πd2R0
4L0
(用给定的字母表示).

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同步练习册答案