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第四章 電磁振蕩與電磁波
第1-2節(jié) 電磁振蕩 電磁場(chǎng)與電磁波
而復(fù)始,于是電路中就有了周期性變化的振蕩
電流.
(3)實(shí)際的LC 振蕩是阻尼振蕩:電路中有
一、電磁振蕩的產(chǎn)生和能量變化 電阻,振蕩電流通過(guò)時(shí)會(huì)有 產(chǎn)生,另外
: 還會(huì)有一部分能量以 的形式輻射出去1.振蕩電流 大小和方向都做 迅速 .
如果要實(shí)現(xiàn)等幅振蕩,必須有能量補(bǔ)充到 電
變化的電流.
路中
2.振蕩電路:能產(chǎn)生 的電路. .
3.振蕩過(guò)程:如圖所示,將開(kāi)關(guān)S擲向1,先 二、電磁振蕩的周期與頻率
給電容器充電,再將開(kāi)關(guān)S擲向2,從此時(shí)起,電 1.周期:電磁振蕩完成一次周期性變化需要
容器要對(duì)線圈放電. 的 .
2.頻率:電磁振蕩完成周期性變化的
與所用時(shí)間之比.
振蕩電路里發(fā)生無(wú)阻尼振蕩時(shí)的周期和頻
率分別叫作 周期、 頻率.
(1)放電過(guò)程:由于線圈的 作用,放 3.周期和頻率公式:T= ,f=
電電流不能立刻達(dá)到最大值,而是由零逐漸增 .
大,同時(shí)電容器極板上的電荷逐漸 .放 三、電磁場(chǎng)
電完畢時(shí),極板上的電荷為零,放電電流達(dá)到 1.變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)
.該過(guò)程電容器儲(chǔ)存的 轉(zhuǎn)化為 (1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:如圖所示,在變化的磁場(chǎng)中放
線圈的 . 一個(gè)閉合電路,電路里就會(huì)產(chǎn)生 .
(2)充電過(guò)程:電容器放電完畢,由于線圈的
作用,電流并不會(huì)立刻消失,而要保持
原來(lái)的方向繼續(xù)流動(dòng),并逐漸減小,電容器開(kāi)始
,極板上的電荷逐漸 ,當(dāng)電流
減小到零時(shí),充電結(jié)束,極板上的電荷量達(dá)到 (2)麥克斯韋的觀點(diǎn):電路里有感應(yīng)電流產(chǎn)
.該過(guò)程線圈中的 又轉(zhuǎn)化為電 生,一定是變化的 產(chǎn)生了電場(chǎng),自由電
容器的 .此后電容器再放電、再充電,周 荷在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了定向移動(dòng).
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(3)結(jié)論:變化的 產(chǎn)生了電場(chǎng). 火花.
2.變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:證實(shí)了 的存在.
麥克斯韋假設(shè),既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電
場(chǎng),那么變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生 .
四、電磁波
1.電磁波的產(chǎn)生
變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,由近及 【典例1】 如圖所示,
遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?形成 . L 是直流電阻可以忽略的
2.電磁波是橫波 電感線圈,LC 振蕩電路工
根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,電磁波在真空 作時(shí)的周期為T(mén),在t=0
中傳播時(shí),它的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度互 相 時(shí)斷開(kāi)電鍵K,則在
T
0到 這段時(shí)間內(nèi),下列敘4
,而且二者均與波的傳播方向 ,
述正確的是 ( )
因此電磁波是橫波.
A.電容器C 放電,A 板上正電荷逐漸減小,
3.電磁波的速度
回路中電流逐漸增大,當(dāng) T麥克斯韋得到電磁波的速度等于 .LC t= 時(shí)電流達(dá)到4
他指出了光的 本質(zhì). 最大
4.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的意義 B.電容器C 放電,A 板上正電荷逐漸減少,
不僅預(yù)言了 的存在,而且揭示了 LC 回路中電流逐漸減小,t=0時(shí)放電電流最大
電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的 ,建立了完整 C.電容器C 被充電,B 板上正電荷逐漸增
的電磁場(chǎng)理論.
多,LC 回路中電流逐漸減小,到
T
t= 時(shí)電流
5.赫茲的電火花 4
(1)赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置 為零
D.電容器C 被充電,A 板上正電荷逐漸增
多, TLC 回路中電流逐漸減小,到t= 時(shí)電流4
為零
(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 變式1:如圖所示,LC 振蕩電
當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí),導(dǎo)線 路中,已知某時(shí)刻電流i 的方向指
環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)火花. 向A 板,且正在增大,則下列說(shuō)法不
(3)現(xiàn)象分析 正確的是 ( )
當(dāng)感應(yīng)圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn) A.B 板帶正電
生火花時(shí),空間出現(xiàn)了迅速變化的 ,這 B.A、B 兩板間的電壓在減小
種變化的電磁場(chǎng)以 的形式在空間傳播. C.電容器C 正在充電
當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí),它在導(dǎo)線環(huán)中激 發(fā) D.電場(chǎng)能正在轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能
出 ,使 得 導(dǎo) 線 環(huán) 的 空 隙 中 也 產(chǎn) 生 了 【典例2】 要增大LC 振蕩電路的頻率,下
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列方法不正確的是 ( ) 磁波,若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)短一些的電磁波,可
A.將正對(duì)著的電容器的兩個(gè)極板錯(cuò)開(kāi)些 用的措施為 ( )
B.增大電容器的充電電荷量 A.增加線圈匝數(shù)
C.減少自感線圈的匝數(shù) B.在線圈中插入鐵芯
D.抽出自感線圈中的鐵芯 C.減小電容器極板正對(duì)面積
變式2:電子鐘是利用LC 振蕩電路來(lái)工作 D.減小電容器極板間距離
計(jì)時(shí)的,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電子鐘每天要慢30s,造成這一 5.如圖所示,某瞬間回路中電流方向如箭頭
現(xiàn)象的原因可能是 ( ) 所示,且此時(shí)電容器的極板A 帶正電荷,則該瞬間
A.電池用久了 ( )
B.振蕩電路中電容器的電感小了 A.電流i正在增大,線圈L 中的磁場(chǎng)能也
C.振蕩電路中線圈的電感大了 正在增大
D.振蕩電路中的電容器的電容小了 B.電容器兩極板間的電壓正在增大
C.電容器帶電荷量正在減小
D.線圈中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度正在增強(qiáng)
1.關(guān)于電磁波,下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng),就能產(chǎn)生電磁波
B.電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同
C.均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間形成電磁波 第5題 第6題
D.赫茲證明了電磁波的存在 6.LC 振蕩電路中,某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所
2.在LC 振蕩電路中,當(dāng)電容器充電完畢尚 示,則下列說(shuō)法不正確的是 ( )
未開(kāi)始放電時(shí),下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.若磁場(chǎng)正在減弱,則電容器上極板帶
A.電容器中的電場(chǎng)最強(qiáng) 正電
B.電路里的磁場(chǎng)最強(qiáng) B.若電容器正在充電,則電容器下極板帶
C.電場(chǎng)能已有一部分轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能 正電
D.磁場(chǎng)能已有一部分轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能 C.若電容器上極板帶正電,則線圈中電流
3.聲波和電磁波均可傳遞信息,且都具有波 正在增大
的共同特征.下列說(shuō)法正確的是 ( ) D.若電容器正在放電,則自感電動(dòng)勢(shì)正在
A.聲波的傳播速度小于電磁波的傳播速度 阻礙電流增大
B.聲波和電磁波都能引起鼓膜振動(dòng) 7.如圖所示為L(zhǎng)C 振蕩電路中電容器兩極
C.電磁 波 都 能 被 人 看 見(jiàn),聲 波 都 能 被 人 板上的電荷量q隨時(shí)間t變化的圖線,下列說(shuō)法
聽(tīng)見(jiàn) 不正確的是 ( )
D.二胡演奏發(fā)出的是聲波,而電子琴演奏 A.在t1時(shí)刻,電路中的磁場(chǎng)能最小
發(fā)出的是電磁波 B.從t1到t2,電路中的電流值不斷變小
4.有一LC 振蕩電路,能產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的電 C.從t2到t3,電容器不斷充電
·80·
D.在t4時(shí)刻,電容器的電場(chǎng)能最小 圈的自感系數(shù)不變,電容器為可調(diào)
電容器,開(kāi)始時(shí)電容器的電容為
C0,欲使振蕩電路的固有頻率加
倍,則電容器的電容應(yīng)變?yōu)? )
第7題 第8題 A.4C0 B.2C0
8.已知穿過(guò)某一平面的磁通量隨時(shí)間變化 1 1C. C0 D. C0
的規(guī)律, 2 4如圖所示.則關(guān)于在該磁場(chǎng)周?chē)哪澄?br/>12.如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)為E,電容器的電
置產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 ( )
容為C,線圈的電感為L(zhǎng).將開(kāi)關(guān)S從a 撥向b,
A.逐漸增強(qiáng) B.逐漸減弱
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后電容器放電完畢.求電容器的放
C.不變 D.無(wú)法確定
電時(shí)間和放電電流的平均值是多少
9.下列對(duì)電磁波的特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)正確的是
( )
A.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都為3
×108m/s
B.電磁波不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象
C.電磁波的傳播方向可以與電場(chǎng)強(qiáng)度的方
向一致
D.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時(shí),波長(zhǎng)
變短
10.如圖所示,L 是不計(jì)電阻的電感器,C 是 1.關(guān)于LC 振蕩電路中電容器兩極板上的
電容器,閉合電鍵K,待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,再 電荷量,下列說(shuō)法正確的是 ( )
斷開(kāi)電鍵K,LC 電路中將產(chǎn)生電磁振蕩.如果規(guī) A.電荷量最大時(shí),線圈中振蕩電流也最大
定電感L 中的電流方向從a 到b為正,斷開(kāi)電鍵 B.電荷量為零時(shí),線圈中振蕩電流最小
K的時(shí)刻為t=0,那么下列四個(gè)圖中能夠正確表 C.電荷量增大的過(guò)程中,電路中的磁場(chǎng)能
示電感中的電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是 ( ) 轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能
D.電荷量減小的過(guò)程中,電路中的磁場(chǎng)能
轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能
2.關(guān)于LC 振蕩電路中的振蕩電流,下列說(shuō)
法不正確的是 ( )
A.振蕩電流最大的瞬間,自感電動(dòng)勢(shì)為零
A B B.振蕩電流為零時(shí),自感電動(dòng)勢(shì)最大
C.振蕩電流減小的過(guò)程中,自感電動(dòng)勢(shì)方
向與電流同方向
C D D.振蕩電流增大的過(guò)程中,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為
11.在如圖所示的LC 振蕩電路中,已知線 電場(chǎng)能
·81·
3.有一LC 振蕩電路,能產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的電 A.a 點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)高
磁波,若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)短些的電磁波,可采 B.電容器兩極板間場(chǎng)強(qiáng)正在減小
取的措施有 ( ) C.電容器中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能正在增大
A.增加線圈的匝數(shù) D.線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正在增大
B.在線圈中插入鐵芯
C.減小電容器極板間的距離
D.減小電容器極板正對(duì)面積
4.在LC 振蕩電路中,下列說(shuō)法正確的是
( ) 第6題 第7題
A.電容器充放電一次,所用的時(shí)間是一個(gè) 7.LC 振蕩電路中,電容器兩端的電壓u 隨
周期 時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示,由圖線可知 ( )
B.自感線圈的自感系數(shù)L 增大時(shí)(電容C A.在t1 時(shí)刻,電路中的電流最大
不變),電容器的充放電過(guò)程變快 B.在t2 時(shí)刻,電路中磁場(chǎng)能最小
C.電 場(chǎng) 能 與 磁 場(chǎng) 能 的 轉(zhuǎn) 化 周 期 為 T= C.在t2~t3 時(shí)間內(nèi),電容器的電場(chǎng)能不斷
2π LC 增大
在 時(shí)間內(nèi),電容器的電量不斷
D.從電容器放電開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)
D. t ~t
t=kπ LC 3 4
( 增大k=1,2,3,…)時(shí)電流為零
8.在LC 振蕩電路中,t 和t 時(shí)刻電感線圈
5.一個(gè)帶正電的粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的 1 2
中的磁感線和電容器中的極板帶電情況如圖所
平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)
π
度均勻增大時(shí),此粒子的 ( ) 示,若t2-t1= LC,則下列說(shuō)法中正確的是2
( )
A.動(dòng)能不變
B.動(dòng)能增大 A.在t1時(shí)刻電容器正在充電
C.動(dòng)能減小 B.在t2時(shí)刻電容器正在放電
D.以上情況都有可能 C.在t1時(shí)刻電路中的電流處在增大狀態(tài)
6.如圖所示的LC 振蕩電路中,某時(shí)刻線圈 D.在t2時(shí)刻電路中的電流處在增大狀態(tài)
中磁場(chǎng)方向向上,且電路的電流正在增強(qiáng),則此時(shí)
( )
·82·部分參考答案
可知,導(dǎo)體 MN 所受安培力在水平
第一章 安培力與洛倫茲力 方向,要使導(dǎo)體 MN 靜止,安培力必
須水平向右.由左手定則可知磁場(chǎng)方
向豎直向下.
第1節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力
對(duì) MN 棒受力分析,根據(jù)共點(diǎn)力平衡得F
知識(shí)梳理
=mgtanθ,
一、1.磁場(chǎng) 2.左手定則 垂直 掌心 電流
又F=BIL,
的方向 拇指 3.電流
解得 mgtanθ 0.01×10×tan37°三、1.(2)半徑 平行 均勻 2.(1)安培力 B= IL = 5×0.2 T=
轉(zhuǎn)動(dòng) 反抗 (2)角度 大小 大小 方向 7.5×10-2T.
3.很弱 答案:0.075T,方向豎直向下
典例精解 課后鞏固
【典例1】 A 解析:根據(jù)左手定則,導(dǎo)體棒ab 1.B 2.B 3.A 4.C 5.D 6.A 7.A
所受安培力方向垂直于導(dǎo)體棒斜向上,A正確; 8.解析:(1)金屬桿靜止在導(dǎo)
ab棒和磁場(chǎng)方向平行,不受安培力,B錯(cuò)誤;ab 軌上,受到重力、支持力和安培力
棒所受安培力方向垂直于導(dǎo)體棒向下,C錯(cuò)誤; 三個(gè)力作用,側(cè)視圖如圖所示.
ab 棒所受安培力方向垂直于導(dǎo)體棒向 左,D 由平衡條件得F=mgtanθ
錯(cuò)誤. 又F=B1IL
變式1:A
根據(jù)閉合電路歐姆定律 E
【典例2】 A 解析:應(yīng)用F=BIL 求安培力,
I=
其 R
中I⊥B,L 為導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度.導(dǎo)線段abcd 的 以上各式聯(lián)立解得ELB1=mgtanθ,
有效長(zhǎng)度為線段ad 的長(zhǎng)度,由幾何知識(shí)知L Rad
mgRtanθ
=(2+1)L,故線段abcd 所受的合力大小F= 即B1= EL .
ILadB=(2+1)ILB,導(dǎo)線有效長(zhǎng)度的電流方 (2)金屬桿ab 靜止在斜面上
向?yàn)閍→d,據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力 且對(duì)斜面壓力為零,則安培力 F'
方向沿紙面向上,故A項(xiàng)正確. 與重力G 構(gòu)成一對(duì)平衡力,側(cè)視圖
變式2:C 如圖所示.
當(dāng)堂訓(xùn)練 因F'=mg
1.C 2.B 3.A 4.C 5.D 6.B 7.B 又F'=B2IL
8.A 9.C
E
10.解析:磁場(chǎng)方向在豎直方向,由左手定則 根據(jù)閉合電路歐姆定律I=R
·101·
以上各式聯(lián)立解得E m
2gcos2α
RLB2=mg
, 得x=2q2B2sinα
.
mgR 答案:()帶正電 ()mgcosα m
2gcos2α
整理得B2=EL 1 2 qB 2q2B2sinα
由左手定則知,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 變式2:B
的方向水平向左. 當(dāng)堂訓(xùn)練
:()mgRtanθ ()mgR, 1.D 2.B 3.C 4.C 5.B 6.C 7.B答案 1 2 方向水平EL EL 8.B 9.B
向左 10.解析:小球第一次到達(dá)最低點(diǎn)速度為
v,則
第2節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力
由動(dòng)能定律可得: 1mgL= 22mv
知識(shí)梳理
由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律及牛頓第二定律可知
一、1.(1)運(yùn)動(dòng)電荷 (2)微觀 2.(1)垂直 正
v2電荷 正 電 荷 相 反 (2)B 和v 3.(1) 第一次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí):Bqv-mg=mL
qvBsinθ (2)qvB (3)0
第二次經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí): v
2
二、1.偏轉(zhuǎn)線圈 2.(1)發(fā)射電子 (2)偏轉(zhuǎn) F-qvB-mg=mL
3.不斷變化 4.兩對(duì)線圈 綜上解得:F=0.06N.
典例精解 答案:0.06N
【典例1】 D 解析:根據(jù)左手定則可以判斷,選 課后鞏固
項(xiàng)A中的負(fù)電荷所受的洛倫茲力方向向下;選 1.D 2.B 3.A 4.D 5.C 6.C 7.B
項(xiàng)B中的負(fù)電荷所受的洛倫茲力方向向上;選項(xiàng) 8.解析:以滑塊為研究對(duì)象,自軌道上A 點(diǎn)
C中的正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面 滑到C 點(diǎn)的過(guò)程中,受重力mg,方向豎直向下;
指向紙外;選項(xiàng)D中的正電荷所受的洛倫茲力方 靜電力qE,方向水平向右;洛倫茲力F=qvB,方
向垂直于紙面指向紙里,D正確. 向始終垂直于速度方向.
變式1:A (1)滑塊從A 到C 過(guò)程中洛倫茲力不做功,
【典例2】 解析:(1)小球沿斜面下滑,其對(duì)斜面 由動(dòng)能定理得
的壓力為零,說(shuō)明其受到的洛倫茲力應(yīng)垂直斜面 1
mgR-qER= mv2C
向上,根據(jù)左手定則可判斷小球帶正電. 2
(2)當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí),有 ( qE)得 2mg- RvC= =2m/s,方向水平
mgcosα=qvB m
向左.
得小球此時(shí)的速度為 mgcosαv=
qB (2)根據(jù)洛倫茲力公式得
由于小球沿斜面方向做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度 F=qvCB=5×10-2×2×1N=0.1N,方向
為a=gsinα 豎直向下.
由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式v2=2ax (3)在C 點(diǎn)根據(jù)牛頓第二定律:FN-mg-
·102·
v2C 為半徑.F=m R d ,又由 mv得 2dBe
代入數(shù)據(jù)得:F =20.1N.根據(jù)牛頓第三定 r=sin30°=2d r=N Be
m= v
律,滑塊對(duì)軌道的壓力為20.1N. 電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 θt= T
答案:(1)2m/s,方向水平向左 (2)0.1N, 360°
方向豎直向下 (3)20.1N 解得 1 2πm πdt=12×eB =3v.
第3節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
答案:2dBe πd
知識(shí)梳理 v 3v
一、1.大小 2.垂直 【典例2】 C 解析:當(dāng)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)
二、1.勻速圓周 2.無(wú)關(guān) 右邊界相切時(shí),粒子的軌道半徑為r=d,由于
典例精解 v2 Bqd
qvB=m ,解得v= ,則為使粒子能穿過(guò)磁
【典例1】 解析:(1)離子的初速度與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的 r m
方向垂直,在洛倫茲力作用下,做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 場(chǎng),則 Bqdv0至少等于 故選m . C.
設(shè)圓半徑為r,作出其運(yùn)動(dòng)軌跡,如圖 變式2:B
由牛頓第二定律可得:Bqv 當(dāng)堂訓(xùn)練
v2
=mr 1.B 2.D 3.B 4.D 5.A 6.B 7.A
mv 8.A 9.A 10.C 11.B解得:r=
qB 12.解析:過(guò) M、N 作入射方
如圖所示,離子回到屏S 上的位置與O 點(diǎn) 向和出射方向的垂線,兩垂線交
2mv 于O 點(diǎn),O 點(diǎn)即電子在磁場(chǎng)中做的距離為:d=2r= B .q 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的 圓 心,過(guò) N 作
(2)當(dāng)離子到位置P 時(shí),圓心角:α=2θ OM 的垂線,垂足為P,如圖所示.
離子 運(yùn) 動(dòng) 的 時(shí) 間 為 αt= T,而 周 期 T 由直角三角形OPN 知,電子運(yùn)動(dòng)的半徑為r=2π
2πm d 23
= .
qB sin60°
= 3d ①
2
所以 聯(lián) 立 以 上 三 式 得:離 子 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 間t 由牛頓第二定律知 vevB=mr ②
2θm
= .
qB 聯(lián)立 23dBe①②式解得m=
答案:()2mv
3v
1 (
2θm
B 2
)
q qB 電子在無(wú)界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期為
變式1:解析:電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)只受洛倫茲力 2π·23dBe 43πd
, , , T=eB 3v =作用 故其軌跡是圓弧的一部分 又因?yàn)镕⊥v 3v
故圓心在電子穿入和穿出磁場(chǎng)時(shí)受到洛倫茲力 電子在磁場(chǎng)中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為α=θ
方向的交點(diǎn),如題圖所示的O 點(diǎn). =60°
由幾何知識(shí)可知,CD 間圓心角θ=30°,OD 故電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為
·103·
1 1 43πd 23πd 第4節(jié) 質(zhì)譜儀與回旋加速器
t=6T=6× 3v = 9v .
知識(shí)梳理
答案:23dBe 23πd 一、3.qvB 4.質(zhì)量 5.質(zhì)量 同位素3v 9v
q2B2二、 不變 r
2
課后鞏固 2. 3. 2m
1.B 2.B 3.D 4.D 5.D 6.B 7.C 典例精解
8.C 9.B 【典例1】 解析:(1)離子在電場(chǎng)中被加速時(shí),由
10.解析:(1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為
2 動(dòng)能定理
1
qU= mv2,進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)洛倫茲力提供
r,
v
根據(jù) 0
2
qvB=m r 2
向心力, mvqvB= ,又x=2r,由以上三式得x
mv0 r解得r=
qB 2 2mU
(2)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)中 =B .q
做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 (2)氫的三種同位素的質(zhì)量數(shù)分別為1、2、3,
為r=R,帶電粒子在磁場(chǎng)中 由(1)結(jié)果知,
的運(yùn)動(dòng)軌跡為四分之一圓周, xH∶xD∶xT= mH ∶ mD∶ mT=1∶
軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為π,如圖所示 2∶ 3.
2
答案:()2 2mUπ 1B
(2)1∶ 2∶ 3
2R
q
則 πmt=v =2Bq 變式1
:B
0
【典例2】 D 解析:只有帶點(diǎn)粒子在磁場(chǎng)中做
(3)當(dāng)v= 3v0時(shí),帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)
圓周運(yùn)動(dòng)的頻率等于高頻電壓的頻率時(shí),帶點(diǎn)粒
的軌道半徑為 3R,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 子才能穩(wěn)定加速,根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)公式可知qvB=
v2 2π 2 2πm
mR=m ( ) R,故T= ,A錯(cuò)誤.根據(jù)圓T qB
2 2
周運(yùn)動(dòng)公式可知 v 2πqvB=m ,故R=m (T ) R v
由圖可知∠PO O=∠OO R=30° qBR2 2 = ,所以最大速度與電壓無(wú)關(guān),所以最大動(dòng)m
所以帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)與水平方向成30°
, ; qBRd=R+2Rtan30° 能與電壓無(wú)關(guān) B錯(cuò)誤 根據(jù)B中公式v= ,m
(3+23)mv 可知最大速度與回旋加速次數(shù)無(wú)關(guān),所以最大動(dòng)
解得d= 03qB 能與回旋加速次數(shù)無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤;根據(jù)B中公式
:()mv答案 0 ()πm qBR1 2 v= ,可知最大速度與半徑有關(guān),所以最大動(dòng)qB 2Bq m
(3+23)mv 能與半徑有關(guān),D正確.(3) 03qB 變式2:解析:(1)質(zhì)子在電場(chǎng)中加速,由動(dòng)能定
·104·
理得
解得半徑: mv 1 2mUR= 1eB =B e .eU=Ek-0 2 2
解得Ek=eU. :() 2eU1 ( 2eU答案 1 2)B1d
1
(2)質(zhì)子在回旋加速器的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最大 m m
半徑為R,由牛頓第二定律得 ()1 2mU3 1
v2 B2 e
evB=mR 課后鞏固
質(zhì)子的最大動(dòng)能 1E = mv2 1.C 2.A 3.B 4.B 5.B 6.B 7.Akm 2 8.B 9.A
e2B2 2解得 REkm= . 10.解析:(1)根據(jù)左手定則可知,射入的等2m
離子體中正離子將向金屬板
() M
偏轉(zhuǎn),負(fù)離子將
3 由電源的周期與頻率間的關(guān)系可得f
向金屬板N 偏轉(zhuǎn),因此金屬板 M 電勢(shì)高;設(shè)電
1
= 2T 源的輸出電壓為U,則
U
P=
, R電源的周期與質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)周期相同 均為T(mén)
不考慮發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻,得E=U=100V
2πm
=eB (2)由
U
Bqv=qd
解得 eBf=2πm. 解得v=100m/s
2 2 2 (3)每秒鐘經(jīng)過(guò)燈泡L的電荷量Q=It
答案:() ()eB R ()eB1eU 2 2m 32πm
而 UI= =1A
當(dāng)堂訓(xùn)練 R
1.B 2.A 3.D 4.A 5.B 6.B 7.D 所以每秒鐘打在金屬板 N 上的離子個(gè)數(shù)為
8.B 9.C 10.B 11.C Qn= =6.25×1018
12.解析:(1)在電場(chǎng)中,粒子被加速電場(chǎng)U e1
答案:(1)M 電勢(shì)高,1 100V
(2)100m/s
加速,由動(dòng)能定理有:eU1= 22mv (3)6.25×1018
2eU
解得粒子的速度:v= 1m 本章評(píng)估
(2)在速度選擇器中,粒子受的電場(chǎng)力和洛
U
倫茲力大小相等,則有:e 2=evB1 1.B 2.C 3.B 4.B 5.B 6.A 7.Bd
: 8.A 9.B 10.D 11.C解 得 速 度 選 擇 器 的 電 壓 U2 =B1dv
12.解析:(1)電子向左移動(dòng),由左手定則知,
2eU
=B1d
1. 電子受到的洛倫茲力向上,故上側(cè)面A 聚集電m
() ,在磁場(chǎng)中,粒子受洛倫茲力作用而做圓 子 下側(cè)面A'聚集正電荷,故上側(cè)面的電勢(shì)低于3
mv2 下側(cè)面.周運(yùn)動(dòng),則有:evB2= R (2)洛倫茲力F洛=evB;
·105·
(3)電子所受靜電力
U E
F電=eE=eh I=R+r
(4)電子受靜電力與洛倫茲力的作用,二力 聯(lián)立四式并代入數(shù)值得B1=3.0T.
U 當(dāng)ab 棒有向上滑的趨勢(shì)時(shí),受靜摩擦力向平衡,有eh=evB
,得U=hvB
下為Ff',如圖乙所示,則
通過(guò)導(dǎo)體的電流I=nevdh,所以由U= F'sin30°-Ff'-mg=0
IB nevdh , 1 Ff'=μF'cos30°RH 有d hvB=RH B
得
d RH=ne F'=B2Il
答案:(1)低于
U
(2)evB (3)eh
(4)見(jiàn) EI=R+r
解析所示 可解得B2=16.3T.
13.解析:能射入第三象限的電子臨界軌跡 所以若保持金屬棒靜止不滑動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度
d 應(yīng)滿足3.0T≤B≤16.3T.如圖所示.電子偏轉(zhuǎn)半徑范圍為2(2)3.0T≤B≤16.3T
15.解析:(1)設(shè)粒子的初速度大小為v,粒
子在極板間做勻速直線運(yùn)動(dòng),則有:
qvB1=qE
v2由 ,解得 eBrevB=m v= 設(shè)粒子在圓形區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半r m
徑為r,則有:
入射速度的范圍為eBd eBd
2m 2
qvB2=mr
答案:eBd eBd14.解析:()
解得:
1 要使金屬棒靜止,安培力應(yīng)斜 B2=0.1T.
(2)撤去磁場(chǎng)B1后,粒子在極板間做類(lèi)平拋向上指向紙里,畫(huà)出由a→b 的側(cè)視圖,并對(duì)棒
運(yùn)動(dòng),設(shè)在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,運(yùn)動(dòng)的加速度為
ab受力分析如下圖所示.經(jīng)分析知磁場(chǎng)的方向與
a,飛出電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為vy,則有:
紙面夾角30°且斜向下指向紙里.
v
qE=ma,l=vt,v
y
y=at,tanθ=v
解得: 3tanθ= ,即3 θ=30°.
答案:(1)0.1T (2)30°
() , 解析:()離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)2 如圖甲所示 當(dāng)ab 棒有向下滑的趨勢(shì) 16. 1
, 動(dòng),軌跡如圖所示時(shí) 受靜摩擦力向上為F .f,則
Fsin30°+Ff-mg=0
F=B1Il
Ff=μFcos30°
·106·
由幾何關(guān)系可知,離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半 【典例2】 A 解析:題中四圖都屬于閉合電路
徑r滿足L=r+rcos60°,① 的一部分導(dǎo)體切割磁感線,應(yīng)用右手定則判斷可
離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提 得:A中電流方向?yàn)閍→b,B中電流方向?yàn)閎→
供向心力, a,C中電流方向沿a→d→c→b→a,D中電流方
v20 向?yàn)? b→a.
故選A.
由牛頓第二定律得qv0B=m r ② 變式2:D
qBL
由①②解得入射速度
2
v = 當(dāng)堂訓(xùn)練0 3m .③
1.C 2.C 3.B 4.D 5.B 6.B 7.A
(2)離子進(jìn)入電場(chǎng)后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),軌跡如
8.B 9.C 10.C 11.A 12.B
圖所示.
課后鞏固
水平方向2L=v0t,④
1.B 2.A 3.D 4.B 5.D 6.C 7.C
1·qE豎直方向L= ·t2,2 m ⑤ 8.B 9.C 10.D
由③ ④ ⑤ 解 得 勻 強(qiáng) 電 場(chǎng) 的 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 E 第2節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律
2qB2L
= 知識(shí)梳理9m . 一、1.(1)電磁感應(yīng) 電源 (2)斷開(kāi) 2.磁通
:()2qBL ( 2qB
2
答案 L1 3m 2
)
9m 量 ΔΦ 3.(1)變化率
ΔΦ ΔΦ
Δt
(2) ()Δt n Δt 3
韋伯 伏特
第二章 電磁感應(yīng) 二、1.Blv 2.Blvsinθ
典例精解
第1節(jié) 楞次定律 【典例1】 C 解析:根據(jù)楞次定律可知在0~t0
知識(shí)梳理 時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,感應(yīng)電流的方向?yàn)轫?br/>一、1.(2)①向下 向上 向上 向下 ②向下 時(shí)針,圓環(huán)所受安培力水平向左,在t0~t1時(shí)間
向下 向上 向上 (3)相反 相同 相斥 內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度反向增大,感應(yīng)電流的方向?yàn)轫?br/>相吸 2.磁通量的變化 時(shí)針,圓環(huán)所受安培力水平向右,所以選項(xiàng) AB
二、1.掌心 四指 2.切割磁感線 錯(cuò)誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 ΔΦE=Δt=
典例精解
1 B Bπr2
【典例1】 D 解析:在磁鐵自由下落,N極接近 2πr
2· 0= 0 ,根 據(jù) 電 阻 定 律 可 得t0 2t R=0
線圈上端的過(guò)程中,通過(guò)線圈的磁通量方向向下 2πr, BrS, ρ 根據(jù)歐姆定律可得
E
且在增大 根據(jù)楞次定律可判斷出線圈中感應(yīng)電 S I= =
0 ,所以選
R 4t0ρ
流的磁場(chǎng)方向向上,利用安培定則可判知線圈中 項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.
感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針(由上向下看),流過(guò)R 變式1:B
的電流方向從b到a,電容器下極板帶正電.選項(xiàng) 【典例2】 解析:(1)ac棒垂直切割磁感線,產(chǎn)生
D正確. 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為
變式1:D E=BLv=0.40×0.50×4.0V=0.80V.
·107·
( )回 路 中 感 應(yīng) 電 流 的 大 小 為 E NΔΦ 1×10
-4-0
2 I=R E= Δt = 1 V=1×10
-4V
0.80 E 1×10-4
= A=4.0A 結(jié)合閉合電路歐姆定律得I= = A0.20 R 0.1
由右手定則知,ac 棒中的感應(yīng)電流由c 流 =1×10-3A
向a. 根據(jù)楞次定律可知在1~2s內(nèi)導(dǎo)體環(huán)中的
(3)ac棒受到的安培力大小為 感應(yīng)電流I的方向?yàn)轫槙r(shí)針.
F安=BIL=0.40×4.0×0.50N=0.80N, (3)根據(jù)焦耳定律得Q=I2Rt=(1×10-3)2
由左手定則知,安培力方向向左.由于導(dǎo)體 ×0.1×1J=1×10-7J.
棒勻速運(yùn)動(dòng),水平方向受力平衡, 答案:(1)1×10-4 Wb (2)1×10-3A 順
則F外=F安=0.80N,方向水平向右. 時(shí)針 (3)1×10-7J
答案:(1)0.80V (2)4.0A (3)0.80N
變式2:解析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E= 第3節(jié) 渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
BLv,代入數(shù)據(jù)得E=1.54V. 知識(shí)梳理
(2)不能,因?yàn)榇┻^(guò)閉合回路的磁通量不變, 一1.電磁感應(yīng) 感應(yīng) 2.很強(qiáng) 很多 3.(1)
不產(chǎn)生感應(yīng)電流. 真空冶煉爐 (2)探雷器 安檢門(mén) 4.(1)電阻
答案:(1)1.54V (2)不能,理由見(jiàn)解析 率 (2)硅鋼片
當(dāng)堂訓(xùn)練 二、1.(1)安培力 阻礙 (2)電磁阻尼 2.(1)
1.C 2.B 3.B 4.A 5.C 6.B 7.B 感應(yīng)電流
8.B 9.C 典例精解
10.解析:(1)螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 【典例1】 B 解析:電磁爐的工作原理是利用
ΔΦ ΔB1 · , E 變化的電流通過(guò)線圈產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)
,變化的磁
E=n Δt =n Δt S =4 V I=R 場(chǎng)通過(guò)含鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流,使鍋體
=0.8A. 溫度升高后加熱食物,A、D錯(cuò)誤,B正確;C項(xiàng)是
(2)導(dǎo) 體 棒 ab 所 受 的 安 培 力 F=B2Il 微波爐的加熱原理,C錯(cuò)誤.
=0.16N, 變式1:B
導(dǎo)體棒靜止時(shí)有F=mg, 【典例2】 C 解析:當(dāng)磁鐵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),相當(dāng)
解得m=0.016kg. 于磁鐵不動(dòng)而線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切割磁感線,線圈
答案:(1)0.8A (2)0.016kg 中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C正確;線圈相對(duì)磁鐵轉(zhuǎn)過(guò)
課后鞏固 90°時(shí),其感應(yīng)電流方向不再是abcda,D錯(cuò)誤;
1.C 2.B 3.D 4.C 5.B 6.A 7.B 由楞次定律的推廣含義可知,線圈將與磁極同向
8.B 9.D 轉(zhuǎn)動(dòng),但轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定小于磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的角速
10.解析:(1)Φ=B·S=1×10-2×1×102 度,如果兩者的角速度相同,磁感線與線圈會(huì)處
×10-4Wb=1×10-4Wb. 于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),線圈不切割磁感線,無(wú)感應(yīng)電
(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 流產(chǎn)生,A錯(cuò)誤,B錯(cuò)誤.
·108·
變式2:C 變式1:A
當(dāng)堂訓(xùn)練 【典例2】 B 解析:開(kāi)關(guān)S閉合的瞬間,由于L
1.A 2.D 3.B 4.C 5.B 6.C 7.D 的阻礙作用,由R 與L 組成的支路相當(dāng)于斷路,
8.B 9.C 后來(lái)由于L 的阻礙作用不斷減小,相當(dāng)于外電路
10.解析:(1)磁鐵B 向右運(yùn)動(dòng)時(shí),螺線管中 并聯(lián)部分的電阻不斷減小,根據(jù)閉合電路歐姆定
產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁驅(qū)動(dòng)作用,使 律可知,整個(gè)電路中的總電流增大,由U內(nèi)=Ir
得螺線管A 向右運(yùn)動(dòng).(2)全過(guò)程中,磁鐵減少的 得內(nèi)電壓增大,由UAB=E-Ir得路端電壓UAB
重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為 A、B 的動(dòng)能和螺線管中的電 減小.電路穩(wěn)定后,由于R 的阻值大于燈泡D的
能,故 阻值,所以流過(guò)L 支路的電流小于流過(guò)燈泡D
1 2 1 2 的電流.當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),由于電感L 的自感作mgh=2MvA+2mvB+E電 用,流過(guò)燈泡D的電流立即與L 電流相等,與燈
即 1 1E =mgh- Mv2- mv2. 泡原來(lái)的電流方向相反且逐漸減小,即UAB反向電 2 A 2 B
減小,選項(xiàng)B正確.
答案:(1)向右運(yùn)動(dòng) (2)
1
mgh-2Mv
2
A- 變式2:B
1 當(dāng)堂訓(xùn)練
mv22 B 1.B 2.D 3.D 4.A 5.C 6.A 7.D
課后鞏固 8.D 9.A
1.A 2.A 3.D 4.D 5.D 6.A 7.B 10.解析:開(kāi)關(guān)接通瞬間,L 所在的支路處于
8.C 9.C 斷路狀態(tài),流過(guò)R1的電流為0.
第4節(jié) 互感和自感 穩(wěn)定時(shí),L 相當(dāng)于無(wú)阻導(dǎo)線
知識(shí)梳理 EI1=R =3A、 1一 1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2.互感現(xiàn)象
S斷開(kāi)瞬間,R
、 1
中的電流仍為I1=3A.
二 1.它本身 2.自感 3.增加 減小 4.自
答案:見(jiàn)解析
感 電感 亨利 5.大小 形狀 圈數(shù) 鐵芯
課后鞏固
三、1.(1)磁場(chǎng) 磁場(chǎng) (2)磁場(chǎng) 2.變化
1.B 2.B 3.C 4.D 5.A 6.C 7.C
典例精解
8.C
【典例1】 B 解析:由于線圈L 的直流電阻與
9.解析:(1)電路穩(wěn)定工作時(shí),由于a、b兩點(diǎn)
小燈泡A的直流電阻相等,電路穩(wěn)定后流過(guò)小
的電勢(shì)相等,導(dǎo)線ab上無(wú)電流通過(guò).因此通過(guò)L
燈泡和線圈L 的電流相等.斷開(kāi)電鍵的瞬間,由
的電流為
于流過(guò)線圈L 的電流不能突變,在線圈L 和小
E 10
燈泡組成的回路中,流過(guò)線圈的電流逐漸減小, IL=2R=10A=1A
流過(guò)小燈泡的電流會(huì)突然反向,然后逐漸減小,
流過(guò) 的電流為 E 10
小燈泡會(huì)慢慢熄滅.自感線圈的自感系數(shù)L 越 L1 I1=2R=20A=0.5A
大,小燈泡熄滅持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng),但最大電流不 斷開(kāi)S的瞬間,由于線圈要想維持IL不變,
變.故選B. 而與L1組成閉合回路,因此通過(guò)L1的最大電流
·109·
為1A. 13.解析:(1)cd 邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框速
所以此時(shí) L1兩端的電壓 度:v= 2gh
為U=IL·R=10V(正常工 線框 中 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) E =BLv=
作時(shí)為5V). BL 2gh
(2)斷開(kāi)S前,流過(guò)L1的電流為0.5A不變, E
而斷開(kāi)S的瞬間,通過(guò)L1的電流突變?yōu)?A,且 (2)此時(shí)線框中的電流I=R
方向也發(fā)生變化,然后漸漸減小到零,所以它的 cd 切割磁感線相當(dāng)于電源,cd 兩點(diǎn)間的電
圖像如圖所示(t0為斷開(kāi)S的時(shí)刻). 勢(shì)差即路端電壓:
注:從t0開(kāi)始,電流持續(xù)的時(shí)間實(shí)際上一般
·3 3U=I R= BL 2h
是很短的 4 4 g.
答案:(1)10V (2)見(jiàn)解析圖 2 2
()安培力: B L 2gh3 F安=BIL= R
本章評(píng)估 根據(jù)牛頓第二定律:mg-F安=ma,
2gR2
由a=0,解得下落高度
m
h=2B4L4.
1.A 2.A 3.B 4.C 5.D 6.D 7.C 3
8.C 9.D 10.D 11.A 答案:(1)BL 2gh (2)4BL 2gh
12.解析:(1)如果在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)靈敏電
()m
2gR2
3 .
流計(jì)的指針向左偏了一下,說(shuō)明穿過(guò)線圈的磁通 2B4L4
量減小,電流計(jì)指針向左偏,合上開(kāi)關(guān)后,將滑動(dòng) 14.解析:(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律
變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí),電阻變小,流過(guò)線圈 ΔΦE=
的電流變大,那么穿過(guò)線圈的磁通量增加,電流 Δt
計(jì)指針將向右偏轉(zhuǎn). 1ΔΦ=ΔB 22l
(2)將線圈A 從線圈B 抽出的過(guò)程中,穿過(guò)
ΔB
線圈的磁通量減少,電流計(jì)指針將向左偏轉(zhuǎn). 由乙圖得: /Δt=5Ts
(3)由圖乙可知根據(jù)右手螺旋定則可判斷螺 解得:E=0.4V,
線管磁場(chǎng)方向向右;當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度急劇上升 由楞次定律知感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)?br/>時(shí),熱敏電阻的阻值減小,回路中電流增加,穿過(guò) 向adcba.
金屬環(huán)A 的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可知產(chǎn)
() E
, 2I= =0.4A生向左的感應(yīng)磁場(chǎng) 再由右手螺旋定則可知從左 R
向右看,金屬環(huán)A 中電流方向逆時(shí)針;因穿過(guò)A t=4s時(shí),B=30T
環(huán)的磁通量增加,據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng) F=BIl=4.8N,方向豎直向上.
方向與原電流磁場(chǎng)方向相反,故相互排斥,則金 答案:(1)0.4V 逆 時(shí) 針 方 向 adcba
屬環(huán)A 將向左運(yùn)動(dòng),且金屬環(huán)A 有收縮趨勢(shì). (2)4.8N 方向豎直向上
答案:(1)右 (2)左 (3)逆時(shí)針 左 15.解析:(1)棒在0~0.3s內(nèi)通過(guò)的電荷量
收縮 q1=IΔt1
·110·
平均感應(yīng)電流 E WI= F
=Q總=0.1J,
R+r
BxL 則電 阻 R 上 產(chǎn) 生 的 熱 量
4
QR = Q總
回路中平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E= 1 5Δt1 =0.08J.
BLx
得q1=
1 答案:(1)0.5 (2)2m (3)0.08J
R+r
同理,棒在0.3s~0.4s內(nèi)通過(guò)的電荷量
BL(x -x ) 第三章 交變電流2 1
q2= R+r
由圖像讀出0.4s時(shí)刻位移大小x2=0.9m 第1節(jié) 交變電流
又q1=2q2
知識(shí)梳理
解得x1=0.6m.
一、
() 1.
(1)周期性 (2)方向 2.(1)垂直于磁場(chǎng)
2 由圖像知棒在0.3s~0.4s內(nèi)做勻速直
(3)垂直
線運(yùn)動(dòng),棒的速度大小 0.9-0.6v= /0.4-0.3ms=3m
/s 典例精解
對(duì)系統(tǒng),根據(jù)能量守恒定律 【典例1】 B 解析:t1時(shí)刻,穿過(guò)線框的磁通量
1 為零,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,電阻中的電
Q=Mgx -mgxsinθ- (M+m)v22 2 2 流最大,根據(jù)楞次定律,通過(guò)電阻的電流方向從
代入數(shù)據(jù)解得Q=3.15J 右向左,故 A錯(cuò)誤,B正確;t2時(shí)刻,穿過(guò)線框的
Q
根據(jù)焦耳定律有 1 R= 磁通量最大,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,電阻Q R+r
中的電流為零,故CD錯(cuò)誤.
代入數(shù)據(jù)解得Q1=3J.
變式1:C
答案:(1)0.6m (2)3J
【典例2】 解析:分別把E
:() m
、ω 的數(shù)值推出,代入
16.解析 1 當(dāng)v=0時(shí),a=2m/s2,
一般式
, e=Emsinωt
就得出了瞬時(shí)值表達(dá)式.求
mgsinθ-μmgcosθ=maμ=0.5.
瞬時(shí)值時(shí),只需把t的時(shí)刻代入表達(dá)式就可以了( .2)由圖像可知vmax=2m/s時(shí),金屬棒速度
()
, , 1e=Emsinωt=NBS
·2πnsin2πnt,
穩(wěn)定 當(dāng)金屬棒達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí) 有安培力F=
, 代入數(shù)據(jù)可得e=375sin5πt
(V).
B0Il
, E , (2)當(dāng)
1
E=Blv I= t=
時(shí),電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值
0 max R+r 10
s
mgsinθ=F+ 1μmgcosθ, e=375sin(5π×10)V=375V.
解得r=1Ω.
答案:(1)e=375sin5πt(V) (2)375V
ΔΦ ΔΦ B
=IΔt= Δt= = 0
lx
q ( ) , 變式 :ΔtR+r R+r R+r 2B
解得x=2m. 當(dāng)堂訓(xùn)練
(3)根據(jù)動(dòng)能定理有 1.D 2.B 3.B 4.B 5.A 6.C 7.C
1 8.D 9.A 10.C
mgh-μmgxcos37°-WF=2mv
2-0, 11.解析:(1)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線垂直時(shí),磁
·111·
通量有最大值,為:Φm=BS=0.8×0.3×0.2Wb=
0.048Wb;
(2)線圈與磁感線平行時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有最
大值,為:Em=NBSω=480πV;
(3)從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表 答案:() ( 3021e=102cos 100πt)V (2) π
達(dá)式為:e=Emcosωt=480πcos100πt(V); V (3)見(jiàn)解析圖
(4)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:
第2節(jié) 交變電流的描述
NΔΦ N(BSsin30°-0)
E= Δt = 30° 2π =1440V. 知識(shí)梳理·
360° ω 一、1.變化快慢 3.赫茲 4.2πf 5.(1)0.02
答案:(1)0.048Wb (2)480πV (3)e= (2)50 100
480πcos100πt(V) (4)1440V 二、1.(1)最大 (2)高于 2.(1)電阻 相等
課后鞏固 (2)①額定 額定
1.D 2.B 3.D 4.C 5.D 6.B 7.D 典例精解
8.A 9.A 【典例1】 B 解析:由題意結(jié)合有效值的定義
10.解析:(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng),開(kāi)始計(jì)時(shí)的位置為
可得I2RT=2
, (
2 1
I21R· T+I22R· T ),將I1
線框平面與磁感線平行的位置 CD 邊長(zhǎng)為l1= 5 10
20cm,CE、DF 邊長(zhǎng)為l2=10cm,在t時(shí)刻線框 =0.1A,I2=0.2A代入可得流過(guò)電阻的電流的
轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ωt,此時(shí)刻e=Bl1l2ωcosωt, 有效值 10I= 25 A
,故電阻兩端電壓的有效值為
其中 52B= π T IR=4 10V,B正確.
l1×l2=0.1×0.2m2=0.02m2 變式1:D
ω=2πn=2π×50rad/s=100πrad/s 【典例2】 解析:(1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的
最大值為
故 52e= ×0.02×100πcos(100πt)π V Em=NBSω=100×0.5×(0.2)2×2π×50
即e=102cos(100πt)V. V=628V
(2)線框由題圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°的過(guò)程中 E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E= m=3142V
2
Bl1lΔΦ= 22 外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率與線圈中交變電
π 流的功率相等,
Δt=6ω E2 (3142)2即P外=R = W=1.97×10
4W.
則平均電動(dòng)勢(shì) ΔΦ 302
10
E=Δt= π V. (2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為
(3)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖像如 30°時(shí),線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為
圖所示. e=Emsin30°=314V
·112·
e 314 向,則所產(chǎn)生的交變電流圖像如圖所示感應(yīng) 電 流 的 瞬 時(shí) 值 為 .i=R = 10 A
=31.4A.
(3)在線圈由中性面轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中,線圈
中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
·
ΔΦ 此交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=BSω=B
E=N Δt πr2·2πn=π2Bnr2.
平均感應(yīng)電流為 ΔΦ
2
I=NRΔt (2)在線圈從題圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)
1轉(zhuǎn)的時(shí)間
故通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為 4
ΔΦ NBl2(1-cos60°) 2 2
q =IΔt = N = 內(nèi),
E
電動(dòng)勢(shì)的有效值為 2πBnrE= m=
R R 2 2
=0.1C. 2
負(fù)載 電 阻 上 產(chǎn) 生 的 熱 量 為 EQ= ·
T
答案:(1)1.97×104W (2)314V 31.4A R 4
4 2 4
(3)0.1C πBrn= .
變式2:
8R
D
當(dāng)堂訓(xùn)練 (3)在線圈從題圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)
1轉(zhuǎn)的時(shí)間
4
1.C 2.C 3.C 4.A 5.B 6.C 7.B ΔΦ
8.C 9.D 10.B 11.A 內(nèi),電動(dòng)勢(shì)的平均值為E=Δt
12.解析:(1)Em=nBSω, 通過(guò)R 的電荷量
代入數(shù)據(jù)得Em=400×0.25×0.05×0.04× E ΔΦ πBr2
q=IΔt= ·R Δt=R = 2R .100V=20V.
E (4)設(shè)此交變電動(dòng)勢(shì)在一個(gè)周期內(nèi)的有效值(2)I mm= ,代入數(shù)據(jù)得
20
R+r Im=9.9+0.1A (Em )2
=2A. 2 T E'2為E',由有效值的定義得 · = T,
因?yàn)槭钦沂浇蛔冸娏?所以電流表讀數(shù)即 R 2 R
有效值 E解得E'= m2
I
I= m= 2A≈1.41A.
故電流表的示數(shù)為 E' π
2r2nB
2 I=R = 2R .
(3)P=I2R=(2)2×9.9W=19.8W. 4
答案:()2 2 ()πB
2r4n 2()πBr
答案:( 1πBnr 2 31)20V (2)1.41A (3)19.8W 8R 2R
課后鞏固 π2r2( nB 4)
1.C 2.D 3.D 4.D 5.D 6.B 7.D 2R
8.C 第3節(jié) 變壓器
9.解析:(1)設(shè)線圈從題圖所示位置繞軸勻 知識(shí)梳理
速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在電路中產(chǎn)生的交變電流方向?yàn)檎?一、1.閉合鐵芯 (1)交流電源 初級(jí)線圈
·113·
(2)負(fù)載 次級(jí)線圈 2.互感 磁場(chǎng) 感應(yīng)電動(dòng) 當(dāng)堂訓(xùn)練
勢(shì) 3.電壓 周期 頻率 1.D 2.B 3.C 4.B 5.A 6.A 7.A
二、1.(1)能量 2.(2)
n1 8.D 9.B 10.D
n 3.
(1)副線圈 原線
2 11.解析:(1)最大值Um= 2U1=2002V,
圈 (2)副線圈 原線圈
由題圖(b)可知,ω=200πrad/s,
典例精解
電壓瞬時(shí)值u=2002sin200πt(V).
【典例1】 D 解析:根據(jù)u1=12 2sin100πt
U (2)
n U
根據(jù)電壓和匝數(shù)的關(guān)系可知,1= 1,
(V)及U= m知
ω
U1=12V,f=2π=50Hz
,選 n2 U2
2 n
U n n 代入數(shù)據(jù)解得
1=5.
項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù) 1
1
U =
1得
n U2=
2
nU1=
n2
2 2 1 2
×12V
(3)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,
=6V,即 的 讀 數(shù) 為6V,選 項(xiàng) B 錯(cuò) 誤;又 P1=P2,
U 6
I 22= = A=1A,即 的讀數(shù)為R 6 1A
,選項(xiàng)C P
L 原線圈的電流I =
1
1 ,U1
; U
2 2
錯(cuò)誤 根據(jù) 6P1=P 及P
2
2 2=R =6 W=6W
,選 代入數(shù)據(jù)解得,I1=0.4A.
L
答案:() ( ) ()
項(xiàng)D正確. 1u=2002sin200πt V 25∶1
()
變式1:B 30.4A
【 課后鞏固典例2】 B 解析:根據(jù)原線圈的輸入電壓:u
1.D 2.C 3.B 4.A 5.B 6.B 7.A
=1102sin60πt(V)可知原線圈電壓有效值為
8.C 9.C
n
110V,原、副線圈匝數(shù)之比為1∶2,所以有:1n 10.解析:(1)由圖像知原線圈電壓有效值2
U1 2202= ,解得電壓表的示數(shù)U U2=220V
,故 A錯(cuò) 為: V=200V,已知電壓表的示數(shù)為20
2 2
U2誤;因副線圈的功率為 220
2 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知,原、副線圈的匝數(shù)
P=R = 55 W=880
, 比是:
n1 10
W 故B正確;根據(jù)原線圈的輸入電壓可知該交 n =2 1
流電的頻率為30Hz,故C錯(cuò)誤;若在副線圈上 (2)將開(kāi)關(guān)S閉合,副線圈總電阻是5Ω,所
電阻R 的兩端再并聯(lián)一個(gè)阻值為55Ω的定值電 2
以輸出功率: UP2=R =80W
;輸入功率等于輸
2
阻,可知總電阻為: R 55R總=2R=2 Ω=27.5Ω
,所
出功率,所以原線圈的輸入功率是80W.
U ()換成二極管后,電壓表兩端的電壓時(shí)間
以副線圈電流為: 220I2=
2= ,根據(jù): 3R總 27.5A=8A 圖像如圖:
n1 I= 2,可知原線圈電流,即電流表示數(shù)為n2 I I1=1
16A,故D錯(cuò)誤.
變式2:D 設(shè)電壓表的讀數(shù)是U,根據(jù)有效值定義得:
·114·
202 2 :
Q= ·
T U
= T,
答案
解得 440V
R 2 R U=102V. 【典例2】 解析:(1)輸電線損失的功率
答案:()101 (2)80W (3)102V P損=P×4%=100kW×4%=4kW1
P 3損
輸電線電流 4×10I2= R = A=20A線 10
第4節(jié) 電能的輸送
升壓變電器輸出電壓
知識(shí)梳理 P 100×103 3
一、1.(1)供電線路 (2)頻率 (3)低 少 U2=I =2 20 V=5×10 V
2.電阻 電流 (1)橫截面積 電阻率 (2)輸 升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比:
電電壓 n1 U1 250 1= =
二、1.升壓 降壓 n2 U2 5000
=20
典例精解 電壓損失U損=I2R線=20×10V=200V
【典例1】 C 解析:根據(jù)輸送電功率 P輸 = 降壓變壓器原線圈端電壓
P輸 U3=U2-U損=4800V
U輸I輸 及P輸 不變,可知,輸電電流I輸=U ∝輸 n
降壓 變 壓 器 原、副 線 圈 匝 數(shù) 比 3 4800
1 , , 1, n
= 220
當(dāng)U輸 變?yōu)樵瓉?lái)的2倍時(shí) I輸 變?yōu)樵瓉?lái)的 4U輸 2 240
選項(xiàng)A錯(cuò)誤;輸電線上降落的電壓U降=I輸R =11.線
, , ()用戶得到的電功率即降壓變壓器的輸出∝I輸 所以 當(dāng)輸電電流變?yōu)樵瓉?lái)的
1時(shí),輸電線 2
2 功率為
上降落的電壓也變?yōu)樵瓉?lái)的1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C P用=P-P損 =P(1-4%)=100×96%2
; kW=96kW.正確 輸電線上損耗的電功率 P損=I2輸 R線∝
答案:()
2 , 11∶20 240∶11
(2)96kW
I輸 所以輸電線上損耗的電功率將變?yōu)樵瓉?lái)的
1,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 變式2:解析:(1)由P=I
2R 得
P
I= ,式中
4 R
P
變式1:解析:設(shè)輸送功率為P,輸電電壓U1= 為線路損耗功率,R 為線路總電阻,
220V時(shí),損失功率ΔP1=20%P 兩條導(dǎo)線總電阻 L' 2LR=ρ =ρ ,S S
又因?yàn)棣 =I21 1R線,
P
I1=U 則 -8 4×10
5×2
1 R=1.7×10 ×4.25×10-4Ω=32Ω
2
解得 PΔP1=U2R線1 所以 PI=
2 R
=125A
現(xiàn)要求ΔP2=5%P,同理
P
ΔP2=U2R線2 因?yàn)镻輸入=P輸出,所以在升壓變壓器副線
ΔP 20% U2因此可得 1= 2
圈兩端的電壓為
ΔP2 5% =U21 P2 4
所以U2=2U1=440V. U2=I =3.2×10 V
·115·
n
故 1
U
= 1
1 43840W
n2 U =2 16. 課后鞏固
(2)設(shè)U2'為降壓變壓器原線圈兩端的電壓, 1.D 2.C 3.C 4.C 5.B 6.D 7.D
則U2'=U2-IR=2.8×104V. 8.C 9.C
答案:(1)1∶16 (2)2.8×104V 10.解析:(1)所有燈都正常工作時(shí)的總功率
當(dāng)堂訓(xùn)練 P2=22×6×40W=5280W,
1.C 2.A 3.C 4.D 5.A 6.B 7.C P
用電器總電流 2 ,
8.A 9.C 10.B 11.C I3=U =24A4
解析:()根據(jù) 得, P 4400012. 1 P=UI I=U=
I
輸電線上的電流 3
220 I2=4=6A
,
A=200A 降壓 變 壓 器 上 的 輸 入 電 壓 U3=4U4=
則輸電線上的電壓損失U損=IR=200×0.4 880V,
V=80V, 輸電線上的電壓損失UR=I2R=24V,
功率 損 耗 P =I2損 R=40000×0.4 W= 因此,升壓變壓器的輸出電壓U2=UR+U3
16000W. =904V,
所以用戶得到的電壓U用戶=U-U損=220 U
輸入電壓U 2
, 1
= =226V,
V-80V=140V 4
用戶得到的功率 P用戶 =P-P損 =44000 輸入電流I1=4I2=24A,
W-16000W=28000W. 所以 發(fā) 電 機(jī) 的 輸 出 功 率 P1 =U1I1 =
U 1 5424W.(2) = ,得U 10 U1=2200V1 (2)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E=U1+I1r=250V.
I 10
= ,得I =20A (3)輸電線上損耗的電功率 P =I
2
R 2R=
I1 1 1
144W.
則輸電線上的電壓損失U損'=IR=20×0.4
答案:(1)5424W (2)250V (3)144W
V=8V
功率損耗P '=I2損 R=400×0.4W=160W
所以降壓變壓器的輸入電壓 本章評(píng)估U2=U1-U損'=
2200V-8V=2192V
降壓變壓器的輸入功率 P =P-P '= 1.C 2.B 3.B 4.A 5.C 6.B 7.C2 損
44000W-160W=43840W 8.A 9.D 10.B 11.C
U 10 12.解析:(1)由題圖乙可知a 位置的阻值大根據(jù) 2 ,
U =用戶' 1 于b位置的阻值,由電阻定律可得A 線圈的匝數(shù)
則用戶得到的電壓U用戶'=219.2V 多于B 線圈的匝數(shù).
變壓器輸入功率和輸出功率相等,所以用戶 (2)①用長(zhǎng)導(dǎo)線繞一個(gè)n 匝線圈,作為副線
得到的功率P用戶'=P2=43840W. 圈替代A 線圈;
答案:(1)140V 28000W (2)219.2V ②把低壓交流電源接B 線圈,測(cè)得B 線圈
·116·
的輸出電壓為U; 答案:(1)200V (2)127.3V (3)180W
③用A 線圈換下繞制的線圈測(cè)得A 線圈的 15.解析:原線圈電壓的有效值為
UA 311輸出電壓為UA.則nA=Un. U1= V=220V2
答案:(1)A (2)(3)見(jiàn)解析 U1 n由 = 1得副線圈兩端的電壓U n
13.解析:()
2 2
1 導(dǎo)線電阻
2l
R線=ρ 得S R線= n 1
U = 2U =
14.4Ω, 2 n 11 2
×220V=110V.
升壓 變 壓 器 原 線 圈 中 電 流I1滿 足 P= (1)當(dāng)R=100Ω時(shí),副線圈中電流
U1I1,得I1=200A, U2 110I2=R=100A=1.10A升壓 變 壓 器 副 線 圈 中 電 流 I2=I線,又
I n n 由U1I1=U2I2得原線圈中的電流為
I2
50
線 R線=4%P,得I 1 2 12=3 A
,由 = ,得I2 n1 n2 U2 110I1=
1 U
I2=
1 220
×1.10A=0.55A
=12. 由于I1(2)降壓變壓器的輸入電壓U3滿足 熔斷.
P-4%P=U3I線,得U3=5760V, (2)設(shè)電阻R 取某一值R0時(shí),原線圈中的電
因?yàn)檩敵鲭妷篣4=220V, 流I1剛好達(dá)到熔斷電流I0,即I1=1.0A,則副
U n
由 3= 3,
n
得 3 288 U= . 線圈中的電流為U n n 11 I2=
1
UI1=2×1.0A=2.0A4 4 4 2
答案:(1)
1 ()288 U
12 2 11 電阻R 的阻值為
: 2 110R0=I =2.0Ω=55Ω2
14.解析:(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最 此時(shí)變壓器的輸出功率為
大值: P2=I2U2=2.0×110W=220W
Em=nBSω, 可見(jiàn),要使保險(xiǎn)絲F 不被熔斷,電阻R 的阻
2nπΦ 值不能小于 ,變壓器輸出的電功率不能超過(guò)
而 2πΦm=BS,ω= ,所以
m 55Ω
T Em= T . 220W.
由Φ-t圖線可知:Φ =2.0×10-2m Wb, 答案:(1)不會(huì) (2)R≥55Ω P≤220W
T=6.28×10-2s,所以Em=200V. 16.解 析:(1)由 圖 得 e=Emsinωt=
(2)
E
電動(dòng)勢(shì)的有效值E= m=1002V, 62sin100πt(V)
2
R 90 則 流 經(jīng) 燈 泡 的 電 流
e
i = =
U=R+rE=100×100 2 V=90 2 V=
R+r
( )
127.3V. 0.62sin100πt A .
()
2 ( 2Em=BSω
() 上的功率為: U 902
)2
3R PR=R = 90 W= Em=62V
180W. ω=100πrad/s
·117·
Em 【典例 】-2 2 B 解析:要使LC 振蕩電路的頻率增Φ=BS=ω =2.7×10 Wb. 大,根據(jù)公式T=2π LC,可減小線圈的自感系
( E3)E= m=6V, 數(shù)L 或減小電容器的電容C;將正對(duì)著的電容器
2
的兩個(gè)極板錯(cuò)開(kāi)些,正對(duì)面積減小,電容C 減小,
2
外力 所 做 的 功 EW =Q = 故選項(xiàng) 正確;增大電容器的充電電荷量,電容R+rT =7.2 A
-2 不變,故選項(xiàng)×10 J. B
錯(cuò)誤;減少自感線圈的匝數(shù),自感
系數(shù)L 減小,故選項(xiàng)C正確;抽出自感線圈中的
答案:(1)i=0.62sin100πt(A) (2)2.7×
鐵芯,自感系數(shù)L 減小,故選項(xiàng)D正確.
10-2Wb (3)7.2×10-2J
變式2:C
當(dāng)堂訓(xùn)練
第四章 電磁振蕩與電磁波 1.D 2.A 3.A 4.C 5.B 6.A 7.B
8.C 9.D 10.B 11.D
第1-2節(jié) 電磁振蕩 電磁場(chǎng)與電磁波 112.解析:電容器放電時(shí)間為 T,與電源電4
知識(shí)梳理
動(dòng)勢(shì)無(wú)關(guān),即
一、1.周期性 2.振蕩電流 3.(1)自感 減少
1 1
最大 電場(chǎng)能 磁場(chǎng)能 (2)自感 充電 增 t=4×2π LC=2π LC.
加 最大 磁場(chǎng)能 電場(chǎng)能 (3)熱量 電磁波
在1T 內(nèi)電流平均值為
二、1.時(shí)間 2.次數(shù) 固有 固有 3.2π LC 4
1 Δq CE 2E CI= = = .
2π LC Δt π π L
2 LC
三、1.(1)感 應(yīng) 電 流 (2)磁 場(chǎng) (3)磁 場(chǎng)
答案:1 2E C 2.磁場(chǎng) 2π LC π L
四、1.電磁波 2.垂直 垂直 3.光速 電磁 課后鞏固
4.電磁波 統(tǒng)一性 5.(3)電磁場(chǎng) 電磁波 1.C 2.D 3.D 4.D 5.B 6.B 7.C
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (4)電磁波 8.C
典例精解
第3-4節(jié) 無(wú)線電波的發(fā)射和接收 電磁波譜
【典例1】 C 解析:開(kāi)關(guān)閉合時(shí),通過(guò)L 的電流
知識(shí)梳理
從上往下,電容器帶電荷量為零;在t=0時(shí)斷開(kāi)
一、1.(1)足夠高 越高 (2)開(kāi)放 2.振幅
電鍵K,則在 到
T
0 這段時(shí)間內(nèi),則電容器C 被4 頻率
充電,B 板上正電荷逐漸增多,LC 回路中電流逐 二、1.感應(yīng)電流 2.(1)固有頻率 頻率
漸減小,到 T
(2)電諧振
t= 時(shí)電流為零,故選項(xiàng)C正確,4 A
、
三、電信號(hào) 解調(diào)
B、D錯(cuò)誤.故選C. 四、1.波長(zhǎng) 頻率 2.無(wú)線電波 可見(jiàn)光 γ
變式1:C 射線
·118·
典例精解 用電磁波傳遞信息是需要時(shí)間的,設(shè)同步衛(wèi)星高
【典例1】 解析:(1)設(shè)波長(zhǎng)分別為290m、397 度為H,由萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心
m、566m的無(wú)線電波的頻率分別為f 21、f2、f3, 力,即 GMm 4π( )2 = m 2 (R + H ),R+H T H =
根據(jù)公式 cf= ,則有λ 3GMT2
2 -R=3.6×107m,則一方講話另一方
c 3×108 4π
f1=λ = 290 Hz≈1034kHz1
聽(tīng)到所需的最少時(shí)間是 2Ht= =0.24s.
c 3×108 c
f2=λ = 397 Hz≈756kHz2 答 案:電 磁 波 傳 遞 信 息 也 是 需 要 時(shí) 間
c 3×108 的0.24s.
f3=λ = 566 Hz≈530kHz3
所以波長(zhǎng)為397m的無(wú)線電波在收音機(jī)中 本章評(píng)估
產(chǎn)生的振蕩電流最大.
(2)要接收波長(zhǎng)為290m的無(wú)線電波,應(yīng)增
1.B 2.A 3.C 4.B 5.B 6.A 7.A
大調(diào)諧電路的固有頻率,由公式 1f= 可
2π LC 8.C 9.C 10.C 11.D
, , 解析
:由題圖可知,振蕩電流隨時(shí)間做正
知 應(yīng)使電容C 減小 調(diào)節(jié)可變電容器的動(dòng)片可 12.
, 弦規(guī)律變化.在OA 時(shí)間內(nèi)電流增大
,電容器正
以改變兩極板的正對(duì)面積 因此應(yīng)把調(diào)諧電路中
在放電,電場(chǎng)能逐漸轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能.在AB 時(shí)間
可變電容器的動(dòng)片旋出一些.
內(nèi)電流減小,電容器正在充電
: .
在時(shí)刻C 電流最
答案 見(jiàn)解析
大,為電容器放電完畢瞬間,帶電荷量為零.
變式1:B
答案:電場(chǎng) 磁場(chǎng) 充電 為零
【 典例2】 B 解析:電磁波可以傳遞信息,聲波
解析:由 得
也能傳遞信息,A錯(cuò)誤;手機(jī)在通話時(shí),
13. c=λf
涉及的波
c 3.0×108
既有電磁波又有聲波,B正確;太陽(yáng)光中的可見(jiàn) λ= =f 37.5×103
m=8000m
光的傳播速度遠(yuǎn)大于醫(yī)院“B超”中的超聲波的
由公式 1 得
傳播速度,C錯(cuò)誤;遙控器發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)大 f=2π LC
于醫(yī)院“CT”中的X射線波長(zhǎng),故D錯(cuò)誤. 1
C=
變式 : 4π2f2
=
2 B L
當(dāng)堂訓(xùn)練 1 -9
4×π2×(37.5×103)2×4×10-3F=4.5×10 F
1.D 2.D 3.A 4.D 5.B 6.D 7.B
答案:8000m 4.5×10-9F
8.C 9.C 10.C
14.解析:雷達(dá)第一次發(fā)射的電磁波被汽車(chē)
課后鞏固
ct1
1.B 2.C 3.B 4.B 5.D 6.D 7.B 反射時(shí),汽車(chē)與雷達(dá)間的距離為s1= 2
8.C 9.A 雷達(dá)第二次發(fā)射的電磁波被汽車(chē)反射時(shí),汽
10.解析:王亞平與同學(xué)之間通話的不合拍 ct
車(chē)與雷達(dá)間的距離為 2
是因?yàn)殡姶挪ㄊ且杂邢薜乃俣仍诳罩袀鞑サ?利 s2= 2
·119·
汽車(chē)行駛的距離為s=s1-s2
t t
汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t'=t- 12+
2 第五章 傳感器
2
則汽車(chē)的速度 sv=t' 第1-2節(jié) 認(rèn)識(shí)傳感器
c(t-t) 常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用
聯(lián)立解得v= 1 22t-t1+t2 知識(shí)梳理
c(: t-t
)
答案 v= 1 2 一、1.明暗 強(qiáng)弱 低于2t-t+t
高于 2.紅外線
1 2
:() 紅外線傳感器 3.乙醇傳感器 濃度 4.規(guī)律15.解析 1LC 電路的振蕩周期
電壓 電流 電路的通斷
T=2π LC=2π× 0.5×2×10-6s=6.28
二、1.力傳感器 磁傳感器 聲傳感器 2.成
×10-3s
分 濃度 3.酶?jìng)鞲衅?微生物傳感器
當(dāng)t=3.0×10-2s時(shí),由于
3
44T知此時(shí)電容器正處于充電階段,且電流沿順 四、1.越小 2.不好 增強(qiáng) 變好 3.光照強(qiáng)
時(shí)針?lè)较? 弱 電阻
(2)當(dāng)接通開(kāi)關(guān)K時(shí),電容器開(kāi)始放電,當(dāng)電 五、1.減小 2.增大 3.電阻
場(chǎng)能完全轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能時(shí),磁場(chǎng)能第一次達(dá)到最 六、1.金屬梁 應(yīng)變片 應(yīng)變片 3.形變
大,此時(shí) 電壓
T 典例精解
t=4=1.57×10
-3s
【典例1】 B 解析:火警報(bào)警器使用了溫度傳
答案:(1)順時(shí)針 (2)1.57×10-3s 感器,故A錯(cuò)誤;冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感
16.解析:(1)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),極板間的粉塵 器,故B正確;一般人體都有恒定的體溫,一般在
恰好靜止,則電場(chǎng)力方向豎直向上,有mg=qE 37℃,所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外
LC 電路的振蕩周期 線,被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10
T=2π LC=2π× 0.1×10-3×1×10-6s μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的.人走向門(mén)口時(shí),
=2π×10-5s 門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi),是因?yàn)榘惭b了紅外線傳感器,從
因此t=2π×10-5s時(shí),振蕩電路恰好經(jīng)歷 而能感知紅外線,導(dǎo)致門(mén)被打開(kāi),故C錯(cuò)誤;燈要
一個(gè)周期,極板間場(chǎng)強(qiáng)的大小、方向均與原來(lái)相 求夜晚亮、白天熄,而白天有光,黑夜沒(méi)有光,則
同,則粉塵恰好靜止,加速度為0. 是由光導(dǎo)致電路的電流變化,所以電路中的光傳
(2)電容器放電過(guò)程中,兩極板的電荷量減 感器導(dǎo)致電阻變化,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,因此是利用
小,電路中的電流增大,當(dāng)電流最大時(shí),兩極板的 半導(dǎo)體的光敏性,即為光電傳感器,故D錯(cuò)誤.
電荷量為零,粉塵只受重力. 變式1:C
根據(jù)牛頓第二定律,有mg=ma 【典例2】 A 解析:壓力F 作用時(shí),極板間距d
解得a=g εS
:() () 變小,由C=
r ,電容器電容
答案 10 2 4πkd C
變大,又根據(jù)
g
·120·
Q=CU,極板帶電荷量變大,所以電容器應(yīng)充 合,電飯煲重新加熱.溫度達(dá)到80℃時(shí),S2又自
電,靈敏電流計(jì)中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流, 動(dòng)斷開(kāi),再次處于保溫狀態(tài),如此循環(huán).
所以指針將右偏.F 不變時(shí),極板保持固定后,充 2(2)加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率
U
P1= ,
電結(jié)束,指針回到零刻度.故選A. R并
2
變式2:B 保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率 UP2= ,R1+R并
當(dāng)堂訓(xùn)練
R R 500×50 500
1.B 2.C 3.D 4.B 5.D 6.C 7.A 兩式中R =
2 3
并 R =2+R3 500+50Ω=11 Ω.
8.A 9.D 10.B 11.C 500
課后鞏固 P 500+
從而有 1
R +R并 11 12
= 1 = = .
1.D 2.A 3.D 4.A 5.A 6.C 7.B P2 R并 500 1
11
8.B 9.D
(3)如果不閉合開(kāi)關(guān)S1,開(kāi)始S2是閉合的,
R1被短路,功率為P1;當(dāng)溫度上升到80℃時(shí),S2
本章評(píng)估 自動(dòng)斷開(kāi),功率降為P2;溫度降低到70℃,S2自
動(dòng)閉合……,溫度只能在70~80℃之間變化,不
1.D 2.B 3.B 4.D 5.B 6.C 7.A 能把水燒開(kāi),不能煮熟飯.
8.D 9.B 10.C 11.C 答案:(1)見(jiàn)解析 (2)12∶1 (3)見(jiàn)解析
12.解析:(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度 14.解析:(1)依題意可知,左側(cè)彈簧對(duì)滑塊
升高時(shí),電阻減小,溫度降低時(shí),電阻增大.故電 向右的推力F1=14N,右側(cè)彈簧對(duì)滑塊向左的
路中電流會(huì)變小. 推力F2=6.0N.滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1,
(2)由(1)的分析知,溫度越高,電阻越小,則 根據(jù)牛頓第二定律有 F1-F2=ma1,得a1=
電流越大,25℃的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流,故在20 4m/s2,a1與F1同方向,即向前(向右).(2)A 傳
℃對(duì)應(yīng)刻度的右側(cè). 感器的讀數(shù)為0,即左側(cè)彈簧的彈力F'1=0N,因
(3)如圖所示. 兩彈簧相同,左彈簧伸長(zhǎng)多少,右彈簧就縮短多
少,所以右彈簧的彈力變?yōu)镕'2=20N.滑塊所受
合力產(chǎn)生加速度為a2,由牛頓第二定律得F'2=
ma2,解得a2=10m/s2,方向向后(向左).
答案:(1)小 (2)右 (3)見(jiàn)解析圖 答案:(1)4m/s2 向前 (2)10m/s2
13.解析:(1)電飯煲接上電源,S2自動(dòng)閉合, 向后
同時(shí)手動(dòng)閉合S1,這時(shí)黃燈短路,紅燈亮,電飯煲 15.解析:(1)當(dāng)電流表示數(shù)為滿偏刻度0.6
處于加熱狀態(tài). A時(shí),金屬滑片在b 處,此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電
加熱到80℃時(shí),S2自動(dòng)斷開(kāi),S1仍閉合. 路的電阻R=0.
水燒干后,溫度升高到“居里點(diǎn)”103℃時(shí), U 12
開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi),這時(shí)飯已煮熟,黃燈亮,電飯煲 R'=I=0.6Ω=20Ω.
處于保溫狀態(tài). 油箱空時(shí),滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻R=
由于散熱,待溫度降至70℃時(shí),S2自動(dòng)閉 100Ω,
·121·
則電流表的示數(shù)為 U 12
(2)放上物體重新平衡后有:
I1=R'+R=20+100A m0g+mg=kx2,
=0.1A. (m+m
解得x = 0
)g
(2)為符合油面上升時(shí),電壓表讀數(shù)增大的 2 k .
要求,應(yīng)使電壓表與校準(zhǔn)電阻R'并聯(lián),電壓表示 (3)托盤(pán)的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng),使P1、P2間出
數(shù)變化的范圍由滑片在a、b兩處時(shí)校準(zhǔn)電阻R' 現(xiàn)電勢(shì)差,電勢(shì)差的大小反映了托盤(pán)向下移動(dòng)距
兩端的電壓決定.如圖所示. 離的大小,由于R 為均勻滑線電阻,則其阻值與
長(zhǎng)度成正比.
由閉合電路歐姆定律知:
E=IR,
由部分電路歐姆定律知:
U=IR串(R串 為P1、P2間電阻),
R串 x
UR' = ,其中x 為P 、P 間的距離,
U1=R+R'=2V
,U2=12V. R L
1 2
mg
故電壓表示數(shù)的變化范圍為2~12V. x=x2-x1= ,k
答案:(1)20Ω 0.1A (2)圖見(jiàn)解析 2~
12V 聯(lián)立解得:
kLU
m=
gE
.
16.解析:(1)由力的平衡知識(shí)有: m g (m+m )g
答案:(1) 0 (2) 0 (3)m
m0g=kx1, k k
m g kLU
解得x1=
0
k .
=
gE
·122·

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