10 实验:测定电池的电动势和内阻
学习目标
1.理解测定电池的电动势和内阻的原理,并画出电路图.
2.会根据电路图连接实物图,测量并收集实验数据,会对实验数据进行分析.
3.得出结论并对实验误差进行分析.
自主探究
1.闭合电路的欧姆定律
闭合电路的电流跟电源的电动势成 比,跟内、外电路的电阻之和成 比.I=?
2.路端电压跟负载的关系
路端电压:U=E-Ir
如图电路:
(1)R增大,电流 ,路端电压 ;?
(2)R减小,电流 ,路端电压 .?
3.(1)外电路断路时,R→∞,I= ,U=E-Ir= ;?
(2)外电路短路时,R= ,I== ,U= .?
4.电源的特性曲线——路端电压U随电流I变化的图象.
(1)图象的函数表达: .?
(2)图象的物理意义
①在纵轴上的截距表示 .?
②在横轴上的截距表示 .?
③图象斜率的绝对值表示 .?
合作探究
1.实验目的:测电池的电动势和内阻
2.实验原理:有多种方法测定电池的电动势和内阻
(1)伏安法:根据电源电动势E、内阻r,与路端电压U和电流I的关系:E=U+Ir,只需要测出 和 的两组数据,就可以列出两个关于E和r的方程,从而解方程组得到E和r.因此用 和 加上一个可变电阻(或滑动变阻器),就能测定电池的电动势E和内阻r.?
(2)安阻法:E=U+Ir=IR+Ir,因此,只要得到 和 的两组数据,也可以得到关于E和r的两个方程,解方程组得到E和r.这样,用电流表和 也可以测定电池的电动势和内阻.?
(3)伏阻法:E=U+Ir=U+r,可见,如果能得到 和 的两组数据,同样可以解方程组求出E和r.所以,除了上面两种方法外,用 和 也可以测定电池的电动势和内阻.?
3.伏安法测电池电动势和内阻的实验器材:
待测电池、 、 、 、开关、导线若干.?
4.伏安法测定电池电动势和内阻的实验步骤:
(1)选择仪器,判断电表的接法,在方框中画好电路图,连接好电路.
(2)测一组U、I值.
(3)改变滑动变阻器的阻值,再测几组U、I值.
(4)作U-I图象,求电池的电动势E和内阻r.
5.数据处理
U/V
I/A
6.误差分析
本实验的系统误差,主要是电表的内阻引起的.由于伏特表的分流作用,测得的E和r均 (选填“大于”或“小于”)真实值.?
课堂检测
1.在测定电源电动势和内阻的实验中,已有待测电池、开关、导线,为达到实验目的还需要( )
A.一只电流表和一个电阻箱
B.一只电流表和一个电阻箱
C.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器
D.一只安培表和一个滑动变阻器
2.用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中,下列注意事项中错误的是( )
A.应选用旧的电池作为被测电池,以使电压表的示数变化比较明显
B.应选用内阻小的电压表和电流表
C.移动滑动变阻器滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
D.根据实验记录数据作U-I图象时,应通过尽可能多的点画一条直线,并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧
3.如图所示是根据某次实验记录的数据画出的U-I图象,下列说法正确的是( )
A.纵轴截距表示电源的电动势,即E=3 V
B.横轴截距表示短路电流,即I短=0.6 A
C.根据r=,计算出电源内阻为5 Ω
D.根据r=||,计算出待测电源内阻为1 Ω
4.如图所示是两个不同电源的U-I特性曲线,下列判断正确的是( )
A.电动势E1=E2,发生短路时的电流I1>I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1>E2,内阻r1D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化大
5.用伏安法测电源电动势和内阻,由于没考虑电表内阻造成的误差,下列说法正确的是( )
A.用甲图电路时,电源电动势的测量值小于真实值
B.用甲图电路时,电源内阻的测量值小于真实值
C.用乙图电路时,电源电动势的测量值小于真实值
D.用乙图电路时,电源内阻的测量值小于真实值
6.用伏安法测定电池的电动势和内阻时,有下列步骤:
①断开开关,切断电路
②恰当选择实验器材,按电路图接好电路
③调节滑动变阻器的滑片,减小接入电路的电阻,记录一组电流表和电压表的示数
④把滑动变阻器的滑片滑至一端,使接入电路的电阻最大
⑤再减小滑动变阻器接入电路的电阻,记录多组电流表和电压表的示数
⑥闭合开关,接通电路
上面步骤的合理顺序应该是?
7.如图所示,图线a为电源的U-I特性曲线,图线b是电阻R的伏安特性曲线,用该电源和该电阻组成的闭合电路,电源的输出功率为 W,电源的效率为 .?
8.某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻,已知干电池的电动势约为1.5 V,内阻约为2 Ω,电压表(0~3 V,内阻约3 kΩ),电流表(0~0.6 A,内阻约1.0 Ω),滑动变阻器有R1(10 Ω,2 A)和R2(100 Ω,0.1 A)各一只.
(1)实验中滑动变阻器应选用 (选填“R1”或“R2”).?
(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路.
(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U-I图象,由图可较准确地求出电源电动势E= V;内阻r= Ω.?
11 简单的逻辑电路
学习目标
1.知道三种门电路的逻辑关系、符号及真值表.
2.通过实验,理解“与”“或”和“非”逻辑电路中结果与条件的逻辑关系.
3.会用真值表表示一些简单的逻辑关系.
4.会分析、设计一些简单的逻辑电路.
自主探究
1.数字电路:处理 的电路叫做数字电路.?
2.门电路:就是一种开关,在一定条件下它允许 ;如果条件不满足,信号就被阻挡在“门”外.?
3.如果一个事件的几个条件都满足后,该事件才能发生,我们把这种关系叫做 .具有 的电路称为“与”门电路.?
4.如果几个条件中,只要有一个条件得到满足,某件事就会发生,这种关系叫做 ,具有 的电路叫做“或”门电路.?
5.输出状态和输入状态呈现 的逻辑关系,叫做“非”逻辑,具有 的电路叫做“非”门电路.?
合作探究
一、“与”门
如图所示,两个开关A、B串联起来控制同一灯泡L,显然,只有A与B同时闭合时,灯泡L才会亮.在这个事件中,A、B闭合是条件,灯泡L亮是结果.那么它们体现了什么逻辑关系呢?
1.什么是“与”逻辑关系?
2.什么是“与”门?
【归纳总结】
1.如果一个事件的几个条件都满足后,该事件才能发生,这种逻辑关系叫做“ ”逻辑关系.?
2.具有“与”逻辑关系的电路称为“ ”门.?
二、“或”门
如图所示,两个开关A、B并联,控制同一灯泡L,在这个电路中,A或B闭合时,灯泡L就亮.它们体现了什么逻辑关系?
1.什么是“或”逻辑关系?
2.什么是“或”门?
【归纳总结】
1.如果几个条件中, 条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫做“或”逻辑关系.?
2.具有“或”逻辑关系的电路叫做“ ”门.?
三、“非”门
【合作探究】
如图所示,当开关A接通时,灯泡Y被短路而不亮;当开关A断开时,灯泡Y是通路而被点亮.这体现了什么逻辑关系?
1.什么是“非”逻辑关系?
2.什么是“非”门?
【归纳总结】
1.输出状态和输入状态 的逻辑关系,叫做“非”逻辑关系.?
2.具有“非”逻辑关系的电路叫做“ ”门.?
【案例分析】
【例题】如图,一个火警报警装置的逻辑电路图.Rt是一个热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值很小,R是一个阻值较小的分压电阻.
(1)要做到低温时电铃不响,火警时产生高温,电铃响起.在图中虚线处应接入怎样的元件?
(2)为什么温度高时电铃会被接通?
(3)为了提高该电路的灵敏度,即报警稳定调的稍底些,R的值应大一些还是小一些?
【巩固训练一】走廊里有一盏电灯,在走廊两端各有一个开关,若能使不论哪一个开关接通都能使电灯点亮,那么设计的电路为( )
A.“与”门电路 B.“非”门电路
C.“或”门电路 D.上述答案都有可能
【巩固训练二】在举重比赛中,有甲、乙、丙三名裁判,其中甲为主裁判,乙、丙为副裁判,当主裁判和一名以上(包括一名)副裁判认为运动员上举合格后,才可发出合格信号,试列出真值表.
课堂检测
1.逻辑电路的信号有两种状态:一种是高电位状态,用“1”表示,另一种是低电位状态,用“0”表示.关于这里的“1”和“0”,下列说法正确的是( )
A.“1”表示电压1 V,“0”表示电压0 V
B.“1”表示电压大于或等于1 V,“0”表示电压一定为0 V
C.“1”和“0”是逻辑关系的两种可能的取值,不表示具体的数字
D.“1”表示该点与电源的正极相连,“0”表示该点与电源的负极相连
2.如果一个事件的几个条件都满足后,该事件反而不能发生,条件不同时满足时,该事件才能发生,实现这种逻辑关系的门电路是( )
A.“与”门 B.“非”门
C.“与非”门 D.“或非”门
3.下列说法正确的是( )
A.逻辑电路就是数字电路
B.逻辑电路可存在两种以上的状态
C.数字电路主要研究电路的逻辑功能
D.集成电路可靠性高、寿命长,但耗电量高
4.如图为包含某逻辑电路的一个简单电路图,L为小灯泡,光照射电阻R'时,其阻值将变得远小于R.该逻辑电路是 (选填“与”“或”或“非”)门电路.当电阻R'受到光照时,小灯泡L将 (选填“发光”或“不发光”).?
1 电源和电流
学习目标
1.了解电源的形成过程.
2.掌握恒定电场和恒定电流的形成过程.
自主探究
1.电源是能把电路中的 从正极搬到负极的装置.?
2.导线中的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的,导线内的电场保持和 平行.?
3.由 分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场.?
4.把 、 都不随时间变化的电流称为恒定电流.?
5.电流的 程度用电流这个物理量表示;规定 定向移动的方向为电流的方向;电流的单位是 ,符号是 ;公式为 .?
合作探究
【提出问题】
问题1:电流形成的条件是什么?
问题2:导体中产生电流的条件是什么?
问题3:如何使电路中有持续电流?
【要点提炼】
一、电源
1.要使电路中保持持续的电流,电路两端之间要有一定的 .?
2.电源的作用:维持电路两端始终有一定的 ,使电路中保持 .?
二、恒定电场
问题:在有电源的电路中,导线内部的电场强度有什么特点呢?
【要点提炼】
1.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为 .?
2.在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与 相同.在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系,在恒定电场中 .?
【合作探究】
问题:在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用,而发生定向运动,从而形成电流,恒定电场中的电流有什么特点呢?
三、恒定电流
问题:
1.什么样的电流被称为恒定电流?
2.我们用什么物理量来描述电流的强弱程度?
【巩固练习1】
1.关于电流的方向,下列叙述中正确的是( )
A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向
B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,电流方向不能确定
C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同,有时与负电荷定向移动的方向相同
2.电流方向与正电荷定向移动的方向 ,与负电荷定向移动的方向 .?
3.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为 .?
结论:电流等于通过导体横截面的 与通过这些 所用 的比值.?
4.某电解槽横截面积为0.5 m2,若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C,则电解液中的电流为 .在电解液中,电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值的 .?
【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A.已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电荷量e=-1.6×10-19 C.求铜导线中自由电子定向移动的速率.
【合作探究】
问题:你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符?怎样解释?
【巩固练习2】
1.下列叙述中正确的有( )
A.导体中电荷运动就形成电流
B.电流的单位是安
C.电流是一个标量,其方向是没有意义的
D.对于导体,如果两端电势差不为零,则电流一定不为零
2.关于电流,下列说法正确的是( )
A.根据I=qt可知I与q成正比
B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,则导体中的电流是恒定电流
C.电流有方向,是标量
D.电流的单位“安培”不是国际单位制单位
3.某电解质溶液,如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面,那么通过电解质溶液的电流是多大?
课堂检测
一、选择题
1.关于电源的作用,下列说法正确的是( )
A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷
B.电源的作用是能直接释放出电能
C.电源的作用就是能保持导体两端的电压,使电路中有持续的电流
D.电源的作用就是使自由电荷运动起来
2.金属导体中有电流时,自由电子定向移动的速率为v1,电子热运动速率为v2,电流的传导速率为v3,则( )
A.v1最大 B.v2最大 C.v3最大 D.无法确定
3.在示波管中,电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为( )
A.4.8×10-6 A B.3×10-13 A C.9.6×10-6 A D.3×10-6 A
4.有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体,甲的横截面积是乙的两倍,而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍,以下说法中正确的是( )
A.通过甲、乙两导体的电流相同
B.通过乙导体的电流是通过甲导体电流的两倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的两倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
5.某正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道,当环中的电流为10 mA时,若电子的速率为十分之一光速,则在整个环中运行的电子数目为( )
A.5.0×1011 B.5.0×1019 C.1.0×1013 D.1.0×103
6.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速率为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A.vq B. C.qvS D.
7.如图所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是( )
A.正离子定向移动形成电流方向从A→B,负离子定向移动形成电流方向从B→A
B.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消
C.溶液内电流方向从A→B,电流I=
D.溶液内电流方向A→B,电流I=
8.来自质子源的质子(初速度为零),经一直线加速器加速,形成电流为I的细柱形质子流.已知质子源与靶间的距离为d,质子电荷量为e,假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场,质子到达靶时的速度为v,则质子源与靶间的质子数为( )
A. B. C. D.
9.铜的原子量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,现有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为( )
A.光速c B. C. D.
二、计算题
10.在金属导体中,若10 s内通过横截面的电荷量为10 C,则导体中的电流为多少?
11.导线中的电流是1 A,导线的横截面积为1 mm2.
(1)在1 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.6×10-19 C)?
(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)?
(3)自由电子沿导线移动1 m,平均要多少时间?
12.已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的电子在原子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?
2 电动势
学习目标
1.理解电动势的概念,掌握电动势的定义式.
2.了解电源内部能量的转化过程,加强对学生科学素质的培养.
自主探究
1.电源之所以能维持外电路中稳定的电流,是因为它有能力把来到 极的正电荷经过电源 部不断地搬运到 极.?
2.在电源内要使正电荷向正极移动,就一定要有 力作用于电荷才行.在这个过程中,电源使电荷的电势能 .?
3.在电池中,非静电力是 ,它使 能转化为 能;在发电机中,非静电力是 ,它使 能转化为 能.从能量转化的角度看,电源是通过 力做功把 能转化为 能的装置.?
4.电动势的定义:在电源内部,非静电力所做的功W与被移送的电荷量q的比值叫做电源的电动势,即E= ,其单位是 .电动势在数值上等于非静电力把 C的 电荷在电源内从负极移送到正极所做的功.?
5.电动势由电源中 的特性决定,跟电源的体积 ,也跟外电路 .电源内部也是由导体组成的,所以也有电阻,这个电阻叫做电源的 .?
合作探究
【提出问题】
问题1:图甲中是什么力把水从低水位处搬运到高水位处的?
问题2:图乙中电源内部是什么力把正电荷从负极搬运到正极的呢?
【思考讨论】
电源P在把正电荷从负极搬运到正极的过程中,正电荷的电势能如何变化?从另一个角度看,电源又发挥了怎样的作用?
【要点提炼】
一、电源
1.电源是通过 力做功把其他形式的能转化为 能的装置.?
2.非静电力在电源中所起的作用: .?
【巩固练习1】
下列关于电源的说法中正确的是( )
A.在外电路和电源内部,正电荷都受到静电力的作用,所以能不断地定向移动形成电流
B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少
C.在电源内部,正电荷能从负极移动到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
D.静电力移动电荷做功电势能减少,非静电力移动电荷做功电势能增加
【思考讨论】
资料
1.某种干电池非静电力把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做1.5 J的功,把1.5 J化学能转化成1.5 J的电势能.
2.某种纽扣电池非静电力做功把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做3.0 J的功,把3.0 J化学能转化成3.0 J的电势能.
3.某种蓄电池非静电力把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做6.0 J的功,把6.0 J化学能转化成6.0 J的电势能.
问题1:在不同的电源中非静电力做功的本领是否相同?
问题2:怎样衡量电源非静电力做功的本领?
【要点提炼】
二、电动势
1.定义: .?
2.定义式: .?
3.单位: .?
4.物理意义: .?
【巩固练习2】
1.下列关于电源的说法中,正确的是( )
A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大
B.电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时非静电力所做的功
C.电源的电动势与外电路有关
D.在电源内正电荷从负极到正极电势升高
2.关于电源的电动势,下列说法正确的是( )
A.电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
B.电动势在数值上等于电路中通过1 C的电荷量时电源提供的能量
C.电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路也有关
D.电动势有方向,因此电动势是矢量
3.铅蓄电池的电动势为2 V,这表示( )
A.电路中每通过1 C的电荷量,电源就把2 J的化学能转化为电能
B.铅蓄电池两极间的电压为2 V
C.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化为电能
D.铅蓄电池将化学能转化为电能的本领比一节普通干电池(电动势为1.5 V)的大
【自主学习】
电源还有哪些重要参量?
【要点提炼】
三、电源的几个重要参数
1.电动势:取决于 ,与电池的大小无关.?
2.内阻(r): .?
【思考讨论】
问题:电压与电动势有什么区别和联系?
【巩固练习3】
将电动势为3.0 V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4 V,当电路中有6 C的电荷流过时,求:
(1)有多少其他形式的能转化为电能?
(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能?
(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能?
课堂检测
1.对于电动势的定义式E=的理解,正确的是( )
A.E与W成正比 B.E与q成反比
C.E的大小与W、q无关 D.W表示非静电力
2.关于电源的电动势,下列说法中正确的是( )
A.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化
B.1号干电池比7号干电池的体积大,但电动势相同
C.电动势、电压和电势差虽名称不同,但物理意义相同,所以单位也相同
D.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电源把其他形式的能转化为电能越多,电动势就越大
3.手电筒的两节干电池,已经用了较长时间,灯泡发出很微弱的光,把电池取出来,用电压表测电压,电压表示数接近3 V,再把它们作为一个台式电子钟的电源,电子钟能正常工作,则下列说法正确的是( )
①这两节干电池的电动势减少了很多 ②这两节干电池的内阻增大了很多 ③这台电子钟的额定电压一定比手电筒小灯泡的额定电压小 ④这台电子钟的正常工作电流一定比小灯泡正常工作电流小
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
4.一台发电机用0.5 A的电流向外输电,在1 min内将180 J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为( )
A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V
5.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内外电路中释放的总能量决定于( )
A.电源的电动势 B.通过电源的电流 C.路端电压的大小 D.内、外电阻之和
6.太阳能电池已经越来越多地应用于我们的生活中,有些太阳帽前安装的小风扇就是靠太阳能电池供电的.可以测得某太阳能电池可产生0.6 V的电动势,这表示( )
A.电路中每通过1 C电荷量,太阳能电池把0.6 J的太阳能转变为电能
B.无论接不接入外电路,太阳能电池两极间的电压都为0.6 V
C.太阳能电池在1 s内将0.6 J的太阳能转变为电能
D.太阳能电池将太阳能转化为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)将化学能转化为电能的本领小
7.电池容量就是电池放电时输出的总电荷量,某蓄电池标有“15 A·h”的字样,则表示( )
A.该电池在工作1 h后达到的电流为15 A B.该电池在工作15 h后达到的电流为15 A
C.电池以1.5 A的电流工作,可用10 h D.电池以15 A的电流工作,可用15 h
8.一个数码相机中用的锂电池的电压为3.6 V,容量为1 000 mA·h(相当于用1 000 mA的电流释放可放电1 h,用500 mA的电流释放可放电2 h,以此类推).当关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右,则每拍一张照片所消耗的电能约为 J;当打开液晶屏时可拍摄照片150张左右,则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为 J.?
9.电动势为20 V的电源向外供电,已知它在1 min时间内移送120 C的电荷量,则:
(1)这个回路中的电流是多大?
(2)电源产生了多少电能?
10.铅蓄电池的电动势为2 V,一节干电池的电动势为1.5 V,将铅蓄电池和干电池分别接入电路,两个电路中的电流分别为0.1 A和0.2 A.试求两个电路都工作20 s,电源所消耗的化学能分别为多少?哪一个把化学能转化为电能的本领更大?
3 欧姆定律
学习目标
1.进一步体会用比值定义物理量的方法,知道什么是电阻以及电阻的单位.
2.理解并掌握欧姆定律,并能用来解决有关电路的问题.
3.通过测绘小灯泡伏安特性曲线的实验,掌握用分压电路改变电压的基本技能.
4.知道伏安特性曲线、线性元件和非线性元件,学会一般元件伏安特性曲线的测绘方法.
自主探究
一、探究导体中的电流规律
对同一导体,电流跟导体两端的电压的关系是 .?
二、实验准备
(1)实验器材: 、 、 、 、 、 和导线若干.?
(2)实验原理: .?
合作探究
一、实验探究
1.电路图如图所示.
2.数据记录:
U/V
I/A
3.实验结论: .?
二、新课学习
1.电阻
(1)定义: .?
(2)定义式: .?
(3)单位: .?
(4)物理意义: .?
2.欧姆定律
(1)内容: .?
(2)表达式: .?
(3)单位: .?
(4)适用条件: .?
3.导体的伏安特性曲线:?
4.线性元件与非线性元件的区别:?
.?
三、实例探究
若加在某导体两端的电压变为原来的,导体中的电流减小了0.4 A,如果所加电压变为原来的2倍,则导体中的电流多大?
四、巩固练习
一金属导体,两端加上U1=10 V的电压时电流I1=0.5 A,两端加上U2=30 V的电压时导体中电流I2多大?若导体两端不加电压,则导体的电阻多大?
课堂检测
1.根据欧姆定律,下列说法中正确的是( )
A.从关系式U=IR可知,导体两端的电压U由通过它的电流I和它的电阻R共同决定
B.从关系式R=可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比
C.从关系式I=可知,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比
D.从关系式R=可知,对一个确定的导体来说,所加的电压跟通过导体的电流的比值是一定值
2.鸟落在110 KV的高压输电线上,虽然通电的高压线是祼露的电线,但鸟仍然安然无恙,这是因为( )
A.鸟有耐高压的天性 B.鸟脚是干燥的,所以鸟体不导电
C.鸟两脚间的电压几乎为零 D.鸟体电阻极大,所以无电流通过
3.如图所示是某导体的伏安特性曲线,由图可知错误的是( )
A.导体的电阻是25 Ω
B.导体的电阻是0.04 Ω
C.当导体两端的电压是10 V时,通过导体的电流是0.4 A
D.当通过导体的电流是0.1 A时,导体两端的电压是2.5 V
4.某同学在做“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,得到如下一组U和I的数据,数据如下表:
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
发光情况
不亮
微亮
逐渐变亮
正常发光
(1)在图中画出I-U图线.
(2)从图线上可以看出,当小灯泡的电功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是 .?
(3)这表明导体的电阻随着温度的升高而 .?
4 串联电路和并联电路
学习目标
1.掌握串联电路和并联电路的连接方式,理解串、并联电路的电流和电压规律.
2.掌握电阻串、并联的计算规律和特殊结论.
3.了解电流表(表头)的参数,知道满偏电流和满偏电压.
4.理解表头改装成常用电压表和大量程电流表的原理,会用欧姆定律求分压电阻和分流电阻的阻值.
自主探究
1.串、并联电路的电流规律
(1)串联电路各处的电流 ,即 .?
(2)并联电路的总电流等于各支路电流之 ,即 .?
2.串、并联电路的电压规律
(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之 ,即 .?
(2)并联电路的总电压与各支路的电压 ,即 .?
3.串、并联电路的电阻规律
(1)串联电路总电阻等于各部分电路电阻之 ,即 .?
(2)并联电路总电阻的 等于各支路电阻的 之和,即 .?
(3)n个相同的电阻R0并联,R总= ;电阻总是越串越 ,越并越 ,并联电阻总阻值 任意支路阻值;混联电路中,某电阻增大,总阻值 ,反之亦然.?
4.电压表和电流表
(1)电流表G(表头)的主要参数有 、 、 .?
(2)小量程电流表改装成电压表: 联一个阻值较大的 电阻.?
(3)小量程电流表改装成大量程电流表: 联一个阻值较小的 电阻.?
思考讨论
一、串、并联电路的电流
【合作探究】
恒定电流电路中各处电荷 分布,要使串联电路中各处的电荷分布保持不变,那么在相同时间内通过0、1、2、3各点的电荷量必然 .?
要使并联电路中各处的电荷分布保持不变,只有在相同时间内流过干路0点的电荷量等于进入各支路1、2、3各点的电荷量之和,即并联电路的总电流等于各支路电流 .?
【归纳总结】
1.串联电路各处的电流 ,用公式表示为 .?
2.并联电路的总电流等于各支路电流 ,用公式表示为 .?
二、串、并联电路的电压
【思考讨论】
如图用φ0、φ1、φ2、φ3分别表示电路中0、1、2、3各点的电势,用U01、U12、U23、U03分别表示0与1、1与2、2与3、0与3的电势差,根据电势差的特点,可分析得到U01+U12+U23= .?
如图,若不考虑导线电阻,则1、2、3点电势差为 ,即它们具有 的电势,同理,4、5、6点也具有 的电势,用U1、U2、U3代表三个电阻两端的电势差,即有U1 U2 U3 U.?
【归纳总结】
1.串联电路两端的总电压等于各部分电路电压 ,用公式表示为 .?
2.并联电路的总电压与各支路的电压 ,用公式表示为 .?
三、串、并联电路的电阻
【思考讨论】
1.串联电路总电阻等于各部分电路电阻 ,用公式表示为 .?
2.并联电路总电阻的 等于各支路电阻的 之和,用公式表示为 .?
【思维拓展】
(1)n个相同的电阻R0并联,总电阻等于多少?
(2)若干不同电阻并联,总电阻与其中最小的电阻的大小关系如何?
(3)混联电路中,某个电阻增大,总阻值如何变化?
四、电压表和电流表
【自主学习】
1.认识小量程电流表G(表头)的特点和参数
(1)满偏电流Ig:表头的线圈准许通过的 电流,也是表头指针偏转到 刻度时的电流,叫表头的满偏电流,用Ig表示.?
(2)表头的内阻Rg:表头的电阻叫做表头的内阻,用Rg表示.
(3)表头的满偏电压Ug:表头通过 电流时,加在它两端的电压叫满偏电压,用Ug表示.?
【思考讨论】
1.小量程电流表G可以测电压吗?
2.如何将小量程电流表G改装成电压表?请画出你设计的电路图.
3.如何将小量程电流表G改装成大量程电流表?请画出你设计的电路图.
【巩固练习1】
有一个电流表G,内阻Rg=10 Ω,满偏电流Ig=3 mA.要把它改装为量程为0~3 V的电压表,要串联多大的电阻?改装后的电压表内阻多大?
【巩固练习2】
有一个电流表G,内阻Rg=30 Ω,满偏电流Ig=1 mA.要把它改装为量程为0~0.6 A的电流表,要并联多大的电阻?改装后的电流表内阻多大?
【思维拓展】
1.改装后电压表、电流表的量程与分压、分流电阻的大小有什么关系?
2.改装后的电流表表盘刻度还是均匀的吗?怎样改写表盘?
3.你能利用单刀双置开关,设计一个既可以用来测电流,又可以用来测电压的多用电表吗?
课堂检测
1.如图R2=R4,电压表V1的示数为70 V,电压表V2的示数为50 V,则A与B间的电压为 ( )
A.140 V B.120 V C.100 V D.无法计算
2.四个相同的灯泡按如图所示连接,关于四个灯泡的亮度,下列结论中正确的是( )
A.A灯、B灯一样亮,C灯次之,D灯最暗
B.A灯最亮、C灯次之,B与D灯最暗且亮度相同
C.A灯最亮、B与C灯一样亮,D灯最暗
D.A与B灯一样亮,C与D灯一样亮,但比A与B灯暗些
3.三个电阻R1、R2、R3按如图所示连接,已知R1>R2>R3,则下列电阻最小的是( )
A.A与B两点间 B.B与C两点间
C.A与C两点间 D.无法判断
4.用如图所示的电路测量待测电阻Rx的阻值时,下列关于由电表产生误差的说法中正确的是( )
A.由于电压表的分流作用,使电阻的测量值小于真实值
B.由于电流表的分压作用,使电阻的测量值小于真实值
C.电压表的内电阻越大,测量越精确
D.电流表的内电阻越大,测量越精确
5.用如图所示的电路测量待测电阻Rx的阻值时,下列关于由电表产生误差的说法中正确的是( )
A.电压表的内电阻越小,测量越精确
B.电流表的内电阻越小,测量越精确
C.电压表的读数大于Rx两端真实电压,Rx的测量值大于真实值
D.由于电流表的分流作用,使Rx的测量值小于真实值
6.有两个经过精确校准的电压表V1和V2,当用它们分别来测量图中的电阻R0两端的电压时,示数依次为15.3 V和15.8 V,那么在未接上电压表时,R0两端的电压应该是( )
A.大于15.8 V
B.小于15.6 V
C.在15.3 V和15.8 V之间
D.无法确定
7.一个电流表的满偏电压为Ug,内电阻为Rg,要把它改装成量程为nUg的电压表,应在电流表上( )
A.串联一个nRg的电阻 B.并联一个nRg的电阻
C.串联一个(n-1)Rg的电阻 D.并联一个(n-1)Rg的电阻
8.如图所示,R1=10 Ω,R2=120 Ω,当A与B两端接100 V电源时,C与D两端所接电压表的示数为80 V,则电阻R= Ω.如果将100 V的电源改接在C与D两端,电压表接在A与B两端,则电压表的示数为 V.?
9.如图所示,滑动变阻器R1=200 Ω,R2=300 Ω,A、B两端所加的电压U=10 V,调节滑动片P,在R2两端可获得的电压范围是多少?若用导线将C、D连接起来,再调节滑动片P,在R2两端可获得的电压范围又是多少?
10.如图,已知R1=30 Ω,U=9 V,当滑动变阻器R2的滑片P恰好在滑动变阻器中点时,电流表的示数为0.2 A.求:
(1)每分钟通过R1的电荷量;
(2)滑动变阻器R2的最大阻值;
(3)滑动变阻器可调节的电流范围.
11.在如图所示的电路中,小量程电流表的内阻Rg=100 Ω,满偏电流Ig=1 mA,R1=900 Ω,R2= Ω.
(1)当S1和S2均断开时,改装所成的表是什么表?量程为多大?
(2)当S1和S2均闭合时,改装所成的表是什么表?量程为多大?
5 焦耳定律
学习目标
1.理解电功、电功率的概念、公式的物理意义;了解实际功率和额定功率.
2.知道电功和电热的关系;理解公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=t(P=)的适用条件.
3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系,电功大于电热.
4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.
自主探究
1.所谓电流做功,实质上是导体中的 对自由电荷的 在做功.?
2.电流在一段电路中所做的功等于这段电路 、电路中的 、 三者的乘积,即W= .?
3.单位时间内电流所做的功叫做电功率.电流在一段电路上做功的功率P等于 与这段电路 的乘积,即P= .?
4.电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为 .?
5.电热Q= ,热功率P= .?
6.若电路中有电动机或电解槽,电能除转化为内能外,还转化为 或 ,它们之间遵从能量守恒定律.?
合作探究
一、电功和电功率
【归纳总结】
1.电功
(1)定义: .?
(2)表达式: .?
即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积.
(3)单位:焦耳,符号为J.
2.电功率
(1)定义: .?
(2)表达式:P==IU.
(3)单位:瓦特,符号W.
(4)物理意义: .?
(5)串联电路中:由P=I2R知==…=I2,电阻越大,功率越大;
并联电路中:由P=知P1R1=P2R2=…=U2,电阻越小,功率越大.
二、焦耳定律
【演示实验】
为了让学生进一步理解焦耳定律,对电热与电阻、电热与电流的关系进行实验演示,实验装置如图所示.
实验1:研究电热与电阻关系
结论: .?
实验2:研究电热与电流关系
结论: .?
【归纳总结】
1.焦耳定律
(1)内容: .?
(2)表达式: .?
(3)适用范围: .?
(4)实质:电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能.
2.热功率
单位时间内导体的发热量叫热功率.热功率即电能转化为内能的功率,即P==I2R.
【例题】一个电动机,线圈电阻是0.4 Ω,当它两端所加的电压为220 V时,通过的电流是5 A.这台电动机每分钟所做的机械功有多少?
【巩固练习】
家庭用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到热风将头发吹干,设电动机线圈的电阻为R1,它与电阻为R2的电热丝串联,接到交流电源上.电吹风两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,如图所示,以下结论正确的是( )
A.P>IU B.P=I2(R1+R2) C.P=IU D.P>I2(R1+R2)
【拓展练习】
微型吸尘器的直流电动机的内阻一定,为1 Ω,当加在它两端的电压为2.0 V时,电流为0.8 A,且能正常工作.求:
(1)它的额定输入功率.
(2)工作时由导线发热损失的功率.
(3)它的最大输出功率.
三、电热的利用和防止
1.电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡,电热器的优点:清洁卫生,没有环境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节温度.
2.电热的危害
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高.如:为了通风散热,电视机的后盖有很多孔,电脑运行时要用微型风扇及时散热等.
课堂检测
1.通过电阻R的电流为I时,在时间t内产生的热量为Q,若电阻为2R,电流为时,则在时间t内产生的热量为( )
A.4Q B.2Q C. D.
2.下列求解电热的公式中,对所有电路均适用的是( )
A.Q=UIt B.Q=I2Rt C.Q=t D.W=Pt
3.一台电动机的输出功率是10 kW,这表明该电动机工作时( )
A.每秒消耗10 kW电能 B.每秒对外做10 kW功
C.每秒消耗10 kJ电能 D.每秒对外做10 kJ功
4.电动机的电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作时间为t,下列说法中正确的是( )
A.电动机消耗的电能为UIt B.电动机消耗的电能为I2Rt
C.电动机线圈产生的热量为I2Rt D.电动机线圈产生的热量为
5.一台电动机的电阻为4 Ω,在220 V的额定电压下运行时,发热消耗的电功率为400 W.若电动机工作5 min,则电流做功 J.?
6.三个标有“100 Ω,4 W”“12.5 Ω,8 W”“90 Ω,10 W”字样的电阻,当它们串联时允许加的最大总电压是 V,并联时允许通过的最大总电流是 A.?
7.一台电动机额定电压为220 V,线圈电阻R=0.5 Ω,电动机正常工作时通过电动机线圈的电流为4 A,电动机正常工作10 min,求:
(1)消耗的电能.
(2)产生的热量.
(3)输出的机械能.
6 导体的电阻
学习目标
1.能叙述电阻决定式,写出表达式.
2.能叙述电阻率的意义,能说出金属导体、半导体材料的电阻率随温度的变化规律,了解电阻率和温度有关.
3.学会根据探究目标整理和分析数据,得出相应的结论.
4.培养学生的探索发现精神.
自主探究
一、影响导体电阻的因素
1.实验:探究导体电阻与其影响因素的定量关系
(1)实验器材:四段不同的金属导线a、b、c、d,控制 、 、 三个因素方面不同,任意两段导体只有一个因素不同;b、a长度不同,c、a横截面积不同,d、a材料不同.其他器材还有 、电源、开关和导线若干.?
(2)实验原理:四段导线串联,接通电源,用电压表分别测量其两端的电压,根据串联电路的 跟 正比,探究各段电阻与哪些因素有关.?
(3)实验步骤:连接如图所示的电路;开关闭合前滑动变阻器滑片移到最 端,闭合开关;用电压表分别测量 的电压,读出数据;改变滑片的位置可获得多组实验数据.?
(4)数据处理:a、b两段比较电压与 的关系,a、c两段比较电压与 的关系,a、d两段比较电压与 的关系,得出实验结论.?
2.逻辑推理:探究导体电阻与哪些因素有关
(1)分析导体电阻与长度的关系:在材料、横截面积相同的条件下,导体的电阻跟 成正比.?
(2)分析导体电阻与横截面积的关系:在材料、长度相同的条件下,导体的电阻跟 成反比.?
(3)探究导体的电阻与材料的关系:在长度、横截面积相同的条件下,导体的电阻跟 有关.?
二、导体的电阻
1.导体的电阻:同种材料的导体,其电阻R跟它的长度l成 比,跟它的横截面积S成 比;导体的电阻还与构成它的材料有关.公式: ,ρ为材料的 ,反映材料导电能力的强弱,单位为Ω·m.?
2.电阻率跟温度的关系:各种材料的电阻率一般都随 的变化而变化.金属的电阻率随温度的升高而 ,有些合金如锰铜、镍铜合金,电阻率几乎不受温度变化的影响.?
合作探究
一、科学猜测
导体的电阻可能与 、 、 、 有关.?
二、科学探究
(一)导体电阻与导体长度的关系
1.实验探究
【实验目的】探究导体电阻与导体长度的关系
【实验方法】 ?
【实验电路图与实物图】
【数据记录表】探究电阻与导体长度的关系
【结论】在导体横截面积、材料相同的情况下,?
2.逻辑推理
【推理目的】探究导体电阻与导体长度的关系
【推理过程】
【结论】在导体横截面积、材料相同的情况下, ?
3.实验结论:?
(二)导体电阻与导体横截面积的关系
1.逻辑推理
【推理目的】探究导体电阻与导体横截面积的关系
【推理过程】
【结论】在导体横截面积、材料相同的情况下,?
(三)导体的电阻
1.内容: .?
2.数学表达式:?
适用条件:?
3.电阻率ρ:?
单位:?
【巩固练习】
下列关于电阻率的说法中正确的是( )
A.电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关
B.电阻率表征了材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关
C.电阻率大的导体,电阻一定很大
D.有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成电阻温度计
【拓展练习】
一段粗细均匀的镍铬合金丝,横截面的直径为d,电阻为R,如果把它拉成直径为的均匀细丝,电阻值将变为( )
A. B.16R C.256R D.
课堂检测
1.由R=ρ可得电阻率ρ=,那么对于温度一定的某种金属来说,它的电阻率( )
A.跟导线的电阻成正比
B.跟导线的横截面积成正比
C.跟导线的长度成反比
D.由所用金属材料的本身特性决定
2.关于材料的电阻率,下列说法中正确的是( )
A.把一根长导线截成等长的三段,每段的电阻率是原来的
B.金属的电阻率随温度的升高而增大
C.纯金属的电阻率较合金的电阻率小
D.电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量
3.将截面均匀、长为l、电阻为R的金属导线截去,再拉长至l,则导线电阻变为( )
A. B. C. D.nR
4.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中一根均匀拉长到原来的两倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同的电压,则在同一时间内通过它们的电荷量之比为( )
A.1∶4 B.1∶8 C.1∶16 D.16∶1
5.一段长为l,电阻为R的均匀电阻丝,把它拉制成3l长的均匀细丝后,切成等长的三段,然后把它们并联在一起,其电阻值为( )
A. B.3R C. D.R
6.甲、乙两条铜导线质量之比M甲∶M乙=4∶1,长度之比为l甲∶l乙=1∶4,则其电阻之比R甲∶R乙为( )
A.1∶1 B.1∶16 C.64∶1 D.1∶64
7.白炽灯接在220 V电源上能正常发光,将其接在一可调电压的电源上,使电压逐渐增大到220 V,则下列说法正确的是( )
A.电流逐渐变大
B.电流逐渐变小
C.每增加1 V电压引起的电流变化量是相同的
D.每增加1 V电压引起的电流变化量是减小的
8.滑动变阻器的原理如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.若将a、c两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大
B.若将a、d两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值减小
C.若将b、c两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大
D.若将a、b两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值不变
9.两导线长度之比为1∶2,横截面积之比为3∶4,电阻率之比为5∶6,则它们的电阻之比为 .?
10.输出电压恒定的电源与一根玻璃管中的水银柱组成电路,水银柱中通过的电流为0.1 A,若将这些水银倒进另一根玻璃管中,管的内径是原来的2倍.重新与该电源组成电路,则流过水银柱的电流为 .?
11.一根长为0.5 m的金属丝,横截面积为3.0 mm2,在它两端加上0.15 V的电压时,通过金属丝的电流为2.0 A,求金属丝的电阻率.
12.A、B两地相距40 km,从A到B两条输电线的总电阻为800 Ω,若A、B之间某处E两条输电线发生短路,为查明短路地点,在A处接上电源,测得电压表示数为10 V,小量程电流表读数为40 mA,如图所示,则短路处距A多远?
7 闭合电路的欧姆定律
学习目标
1.经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程.体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,理解内、外电路的能量转化.
2.理解内、外电路的电势降落,理解闭合电路欧姆定律.
3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载、电流的关系.
自主探究
1.闭合电路: .?
外电路: .?
内电路: .?
2.闭合电路的欧姆定律: .?
合作探究
一、课题引入
[演示实验一]当开关S1闭合,灯泡L1发光.当开关S2闭合,请观察灯泡L1亮度如何变化.
[小组合作]
猜想:灯泡L1亮度为什么会这么变化?
二、认识闭合电路
1.闭合电路: .?
2.外电路: .?
3.内电路: .?
[小组合作]
(1)电源起什么作用? .?
(2)电源怎么实现提供电能? .?
(3)如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领? .?
(4)如何定量描述非静电力做的功? .?
(5)电源提供的电能消耗到了哪里? .?
三、闭合电路的欧姆定律
闭合电路的欧姆定律: .?
【巩固训练】
如图所示,R1=14 Ω,R2=9 Ω.当开关处于位置1时,电流表示数I1=0.2 A;当开关处于位置2时,电流表示数I2=0.3 A.求电源的电动势E和内阻r.
四、讨论及应用
1.路端电压、内电压和电动势的关系
(1)实验验证
[演示实验二]实验证明:U路+U内是一个定值.
解决几个问题:
①用V1测 .?
②用V2测 .?
如图实验装置,改变滑动变阻器接入电路的阻值,记录外电路电压和内电路电压的数据.
(2)内、外电路电势降落之和U外+U内等于 .?
即 .?
2.路端电压与电流的关系:?
[小组合作]
①[演示实验一]中,当开关S2闭合,灯泡L1变暗,请同学们解释实验现象.
②当开关S3闭合时,灯泡L1、L2亮度会有什么变化?
[小组合作]
①图线与纵坐标交点的物理意义.
②图线与横坐标交点的物理意义.
③直线斜率的物理意义.
结论:
①图线与纵坐标交点的物理意义: .?
②图线与横坐标交点的物理意义: .?
③直线斜率的物理意义: .?
课堂检测
1.关于电源的电动势,下面叙述正确的是( )
A.电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压
B.同一电源接入不同电路,电动势就会发生变化
C.电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
D.在闭合电路中,当外电阻变大时,路端电压变大,电源的电动势也变大
2.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800 mV,短路电流40 mA.如将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V
3.某学生在研究串联电路的电压时,接成如图所示电路,接通S后,他将高内阻的电压表并联在A、C两点间时,电压表读数为U,当并联在A、B两点间时,电压表读数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表读数为零,则出现此种情况的原因是(R1,R2阻值相差不大)( )
A.AB段断路 B.BC段断路
C.AB段短路 D.BC段短路
4.如图所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光,如果变阻器的滑片向b端滑动,则( )
A.电灯L更亮,安培表的示数减小
B.电灯L更亮,安培表的示数增大
C.电灯L更暗,安培表的示数减小
D.电灯L更暗,安培表的示数增大
5.如图所示的电路中,当变阻器R3的滑动片P向b端移动时( )
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电压表示数变大,电流表示数变大
D.电压表示数变小,电流表示数变小
6.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的图象,则下列说法中不正确的是( )
A.电动势E1=E2,发生短路时的电流I1>I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1=E2,内阻r1D.当电源的工作电流变化相同时,电源2的路端电压变化较大
7.一个电源分别接上8 Ω和2 Ω的电阻时,两电阻消耗的电功率相等,则电源的内阻为( )
A.1 Ω B.2 Ω C.4 Ω D.8 Ω
8.在如图所示的电路中,电源电动势E=3.0 V,内电阻r=1.0 Ω,电阻R1=10 Ω,R2=10 Ω,R3=30 Ω,R4=35 Ω,电容器的电容C=100 μF,电容器原来不带电.求接通开关S后流过R4的总电荷量.
9.如图所示,电灯L标有“4 V 1 W”,滑动变阻器总电阻为50 Ω.当滑片滑至某位置时,L恰好正常发光,此时电流表的示数为0.45 A.由于外电路发生故障,电灯L突然熄灭,此时电流表的示数变为0.5 A,电压表的示数为10 V.若导线完好,电路中各处接触良好.试问:
1)发生故障的是短路还是断路,发生在何处?
(2)发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为多大?
(3)电源的电动势和内阻为多大?
8 多用电表的原理
学习目标
1.通过对欧姆表原理的讨论分析,进一步提高应用闭合电路欧姆定律分析问题的能力.
2.知道欧姆表测量电阻的原理,了解欧姆表的内部结构和表盘刻度特点.
3.通过电路的整合,了解多用电表的基本结构,知道多用电表的测量功能.
自主探究
1.常用的电流表、电压表是如何改装的?
2.常用的测电阻方法是什么?
合作探究
一、欧姆表
【提出问题】
1.现在提供一个表头和被测电阻,把它们连接起来,表头能否对待测电阻有“反应”?怎样使电路里形成电流?
2.如何保证电流表的指针偏转不超过最大刻度?
【归纳总结】
1.原理分析:?
2.内部电路结构
【例题】如图,电源的电动势E=1.5 V,内阻r=0.5 Ω,电流表满偏电流Ig=10 mA,电流表电阻Rg=7.5 Ω,A、B为接线柱.
(1)用导线把A、B直接连起来,此时应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?此时A、B间电阻是多少?电流表指针指在什么位置?
(2)调到满偏后保持R1不变,如果A、B间断开,电流表指针指多少刻度的位置?此时A、B间电阻是多少?
(3)调到满偏后保持R1的值不变,在A、B间接一个150 Ω的电阻R2,电流表指针指多少刻度的位置?
(4)如果把任意电阻R接在A、B间,电流表读数I与R的值有什么关系?
3.表盘刻度特点
(1)零欧姆刻度线在表盘的 ,无穷大刻度线在表盘的 ;?
(2)表盘刻度分布 ,左端 右端 ;?
(3)中值电阻等于 .?
二、多用电表
1.简单三用表
【思考讨论】
我们可以把一个电流表改成电压表或欧姆表,让它成为多用电表,如图虚线框内是一个单刀多掷开关,接线柱B可以接通1,可以接通2或3.当B接通1,能像图甲那样成为电流表,接通2像图乙那样成为欧姆表,接通3像图丙那样成为电压表,这个多用电表的电路图是怎样的?
2.多量程多用电表
【思考讨论】
这是一个双量程(挡位)的多用电表的原理图.请大家思考然后讨论分析:
(1)开关S调到 、 两个位置,多用电表测量的是电流,位置 的量程比较大;?
(2)开关S调到 、 两个位置,多用电表测量的是电压,位置 的量程比较大;?
(3)开关S调到 、 两个位置,多用电表测量的是电阻.?
课堂检测
1.关于多用电表表盘上的刻度线,下列说法中正确的是( )
A.直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的,可以共用一个刻度盘
B.电阻刻度是不均匀的
C.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线相对应
D.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应
2.用多用电表的欧姆挡(×1 k)检验性能良好的晶体二极管,发现多用电表的指针向右偏转的角度很小,这说明( )
A.二极管加有正向电压,故测得电阻很小
B.二极管加有反向电压,故测得电阻很大
C.此时红表笔接的是二极管的正极
D.此时红表笔接的是二极管的负极
3.如图中E为电源,R1、R2为电阻,S为开关.现用多用电表测量流过电阻R2的电流.将多用电表的选择开关调至直流电流挡(内阻很小)以后,正确的接法是( )
A.保持S闭合,将红表笔接在a处,黑表笔接在b处
B.保持S闭合,将红表笔接在b处,黑表笔接在a处
C.将S断开,将红表笔接在a处,黑表笔接在b处
D.将S断开,将红表笔接在b处,黑表笔接在a处
4.如图所示为一多用电表表盘.
(1)如果用直流10 V挡测量电压,则读数为 V.?
(2)如果用直流100 mA挡测量电流,则读数为 mA.?
(3)如果用×100挡测电阻,则读数为 Ω.?
5.用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值,若将选择倍率的旋钮拨至“×100”的挡时,测量时指针停在刻度盘0 Ω附近处,为了提高测量的精确度,有下列可供选择的步骤:
A.将两根表笔短接
B.将选择开关拨至“×1 k”挡
C.将选择开关拨至“×10”挡
D.将两根表笔分别接触待测电阻的两端,记下读数
E.调节调零电阻,使指针停在0 Ω刻度线上
F.将选择开关拨至交流电压最高挡上
将上述步骤中必要的步骤选出来,这些必要步骤的合理顺序是 (填写步骤的代号);若操作正确,上述D步骤中,指针偏转情况如图所示,则此未知电阻的阻值是Rx= .?
9 实验:练习使用多用电表
学习目标
1.会用多用电表测电压、电流、电阻.
2.会用多用电表测量二极管的正反向电阻.
3.初步会用多用电表探索黑盒中的电学元件和结构.
自主探究
1.欧姆表内部的电路结构: 、 、 三部分组成.?
2.欧姆表原理是依据 制成的.?
(1)刻度 ,“0”刻度线在刻度盘的最右端,刻度盘的最左端为“∞”刻度线.?
(2)“调零”原理: .?
(3)中值电阻等于欧姆表内阻.
3.注意:欧姆表的红表笔接内部电源的负极,测量时电流从黑表笔 ,从红表笔 .?
合作探究
一、认识多用电表
根据刻度盘指针指示和旋转开关的指示.进行读数:
(1)图甲选择开关处于 挡,量程为 ;测量值为 .?
(2)图乙选择开关处于 挡,量程为 ;测量值为 .?
(3)图丙选择开关处于 挡,量程为 ;测量值为 .?
二、使用多用电表
使用多用电表前应先进行 ,使指针指 端零刻线.?
(1)用多用电表测量电阻两端的电压
测量记录:选用量程为2.5 V的直流电压挡进行测量,测量加在电阻两端的电压.
(注意:电流从 表笔流入多用电表,从 表笔流出多用电表)?
(2)用多用电表测量通过电阻的电流
测量记录:选用量程为100 mA的直流电流挡进行测量,测得流过电阻的电流.
(注意:电流从 表笔流入多用电表,从 表笔流出多用电表)?
使用多用电表测量电流和电压时需要注意的事项:?
.?
(3)使用多用电表测量定值电阻
主要步骤:
①选 挡:将选择开关旋转到 挡,并选择×10倍率.?
②电阻调零:将红黑表笔短接,调节 旋钮使指针指右侧电阻零刻度.?
③测 量:将待测电阻从电路中 ,将红黑表笔接被测电阻两端进行测量.?
④读 数:将指针示数 得测量值.?
⑤复 位:将选择开关调至 挡或 挡位置.?
(4)用多用电表探测黑箱内的电学元件
设定黑箱上有三个接点,两个接点间最多只能接一个元件;黑箱内所接的元件不超过两个.请利用多用电表来探测黑箱内的电子元件.将探测结果画在右图中.
黑箱内有无电源?判断方法: .?
若无电源,利用多用电表测黑箱内的电阻,记录黑箱内任意两接点的电阻:
AB
BA
BC
CB
CA
AC
R
(5)用多用电表判断二极管的正负极
【巩固练习】
如图所示为多用电表的示意图,试回答下列问题:
(1)当选择开关位置旋至“mA”挡中的“10”挡位时,则测量的是 .?
(2)当选择开关位置旋至“V”挡中的“50”挡位时,则测量的是 .?
(3)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时,则测量的是 .?
(4)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么正确的操作步骤依次是:① ,② ,③ .?
(5)无论用多用电表进行何种(直流)操作测量,电流都应该是从 表笔流入电表.?
课堂检测
1.下列说法中正确的是( )
A.欧姆表的每一挡测量范围都是0到∞
B.欧姆表只能用来粗略地测量电阻
C.用欧姆表测电阻,指针越接近刻度中央误差越大
D.用欧姆表测电阻,指针越靠近刻度右边误差越小
2.关于多用电表表面上的刻度线,下列说法中正确的是( )
A.直流电流刻度线和直流电压刻度线都是均匀的,可以共用一个刻度盘
B.电阻刻度是不均匀的
C.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线相对应
D.电阻刻度上的零刻度与直流电流的最大刻度线不对应
3.用多用电表测直流电压U和测电阻R时,若红表笔插入正(+)插孔,则( )
A.测电压U时红表笔电势高,测电阻R时电流从红表笔流出电表
B.不管测电压U还是测电阻R,都是红表笔电势高
C.测电压U时电流从红表笔流入电表,测电阻R时电流从红表笔流入电表
D.测电压U时电流从红表笔流出电表,测电阻R时电流从红表笔流出电表
4.调零后,用“×10”挡测量一个电阻的阻值,发现表针偏转角度极小,正确的判断和做法是( )
A.这个电阻值很小
B.这个电阻值很大
C.为了把电阻测得更准一些,应换用“×1”挡,重新调零后再测量
D.为了把电阻测得更准一些,应换用“×100”挡,重新调零后再测量
5.一个用满偏电流为3 mA的电流表改装而成的欧姆表,调零后用它测500 Ω的标准电阻时,指针恰好指在刻度盘的正中间,如用它测量一个未知电阻时,指针指在1 mA处,则被测电阻的阻值为( )
A.1 000 Ω B.5 000 Ω
C.1 500 Ω D.2 000 Ω
6.用多用电表的欧姆挡(×1 k)检验性能良好的晶体二极管,发现多用电表的指针向右偏转的角度很小,这说明( )
A.二极管加有正向电压,故测得电阻很小
B.二极管加有反向电压,故测得电阻很大
C.此时红表笔接的是二极管的正极
D.此时红表笔接的是二极管的负极
7.如图所示为一多用电表表盘.
(1)如果用直流10 V挡测量电压,则读数为 V.?
(2)如果用直流100 mA挡测量电流,则读数为 mA.?
(3)如果用×100挡测电阻,则读数为 Ω.?
8.用多用电表的欧姆挡测量一未知电阻的阻值,若将选择倍率的旋钮拨至“×100”挡时,测量时指针停在刻度盘0 Ω附近处,为了提高测量的精确度,有下列可供选择的步骤:
A.将两根表笔短接
B.将选择开关拨至“×1 k”挡
C.将选择开关拨至“×10”挡
D.将两根表笔分别接触待测电阻的两端,记下读数
E.调节调零电阻,使指针停在0刻度线上
F.将选择开关拨至交流电压最高挡上
将上述步骤中必要的步骤选出来,这些必要步骤的合理顺序是 (填写步骤的代号);若操作正确,上述D步骤中,指针偏转情况如图所示,则此未知电阻的阻值是Rx= .?
1 磁现象和磁场
学习目标
1.列举磁现象在生活、生产中的应用.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响.关注与磁相关的现代技术发展.
2.知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有力的作用.
3.知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的.
4.查阅资料,了解现实生活中的磁场.
自主探究
1.磁现象
天然磁石和人造磁铁都叫做 ,它们能吸引 的性质叫磁性.磁体的各部分磁性强弱不同,磁性最 的区域叫磁极.能够自由转动的磁体,静止时指 的磁极叫做南极(S极),指 的磁极叫做北极(N极).?
2.电流的磁效应
(1)自然界中的磁体总存在着 个磁极,同名磁极相互 ,异名磁极相互 .?
(2)丹麦物理学家奥斯特的贡献是发现了电流的 ,著名的奥斯特实验是把导线沿南北方向放置在指南针上方,通电时 .?
3.磁场
磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过 发生的.?
4.磁性的地球
地磁南极在地理 极附近,地磁北极在地理 极附近.?
合作探究
1.磁体周围存在磁场
【例1】 如图所示.放在条形磁铁磁场中的软铁棒被磁化后的极性是 ( )
A.C棒未被磁化 B.A棒左端为S极
C.B棒左端为N极 D.C棒左端为S极
2.电流周围存在磁场——电流的磁效应
【例2】 某同学做奥斯特实验时,把小磁针放在水平通电直导线的下方,当通电后发现小磁针不动,稍微用手拨动一下小磁针,小磁针转动180°后静止不动,由此可知,通电直导线产生的磁场方向是( )
A.自东向西 B.自南向北 C.自西向东 D.自北向南
3.地磁场:地球本身在地面附近空间产生的磁场
(1)地球的周围存在着磁场.地球是一个大磁体,地球的地理两极与地磁两极并不重合,极性和地理极性相反,如图所示,其间有一个交角.这就是磁偏角,磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的.
(2)宇宙中许多天体都有磁场.
【例3】 地球是个大磁场.在地球上,指南针能指南北是因为受到 的作用.人类若计划登上火星,但火星上的磁场情况不明,如果现在登上火星,则在火星上的宇航员 (选填“能”或“不能”)只依靠指南针来导向.?
4.磁场的基本性质:磁场对处于其中的磁体或电流有力的作用.
课堂检测
1.奥斯特实验说明了( )
A.磁场的存在 B.磁场具有方向性
C.通电导线周围存在磁场 D.磁体间有相互作用
2.磁体与磁体间、磁体和电流间、电流和电流间相互作用的示意图,以下正确的是( )
A.磁体磁场磁体 B.磁体磁场电流
C.电流电场电流 D.电流磁场电流
3.下列所述的情况,可以判断钢棒没有磁性的是( )
A.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的这端接近磁针的南极,两者互相排斥
B.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的北极,两者仍互相吸引
C.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相吸引,再将钢棒的另一端接近磁针的南极,两者仍互相吸引
D.将钢棒的一端接近磁针的北极,两者互相排斥
4.下列说法正确的是( )
A.地球磁场的北极与地理南极不完全重合
B.将条形磁铁从中间断开,一段是N极,另一段是S极
C.改变通电螺线管中电流的方向可使其N极与S极对调
D.磁场是客观存在的一种物质
5.下列说法中正确的是( )
A.磁体上磁性最强的部分叫磁极,任何磁体都有两个磁极
B.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的,而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的
C.地球的周围存在着磁场,地球是一个大磁体,地球的地理两极与地磁两极并不重合,其间有一个交角,这就是磁偏角,磁偏角的数值在地球上不同地方是相同的
D.奥斯特发现了电流的磁效应
2 磁感应强度
学习目标
1.知道磁感应强度的定义.
2.知道磁感应强度的方向、大小、定义式和单位.
3.理解磁感应强度定义式的满足条件.
4.能用磁感应强度的定义式进行有关计算.
自主探究
1.磁感应强度的方向
(1)电场强度的方向是如何规定的?
(2)在磁场中的任一点,小磁针 受力的方向就是该点的磁场方向,亦即磁感应强度的方向.?
2.磁感应强度的大小
(1)电场强度的大小是怎样定义的?
电荷在某点所受 与 的比值,反映了电场在该点的性质,称为电场强度.?
(2)磁感应强度的定义: ,表达式: .?
合作探究
一、磁感应强度的方向
规定: 为该点磁感应强度的方向,简称 的方向.?
【跟踪练习】 关于磁场方向的说法中正确的是( )
A.小磁针北极受力的方向 B.小磁针静止时北极所指的方向
C.磁场N极到S极的方向 D.小磁针南极受力的方向
二、磁感应强度的大小
电流元:在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元.
实验探究:磁场对电流的作用力跟电流、导线长度的关系(控制变量法).
在匀强磁场中探究影响通电导线受力的影响因素
(1)保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小.
结论: .?
(2)保持电流不变,改变导线通电部分的长度.
结论: .?
【归纳总结】实验表明,通电导线与磁场方向垂直时,它受力的大小既与 成正比,又与 成正比,即与I和L的乘积成正比,用公式表示为F∝IL,引入比例系数B,写成等式为 .?
(3)磁感应强度的定义:在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的 跟 的比值叫磁感应强度.公式: ,单位: ,物理意义: .磁感应强度既有大小,又有方向,是 量.?
【例1】下列说法中错误的是( )
A.磁场中某处的磁感应强度大小,就是通以电流I、长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值
B.一小段通电导线放在某处不受磁场力作用,则该处一定没有磁场
C.一小段通电导线放在磁场A处时受磁场力比放在B处大,则A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大
D.因为B=,所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL的乘积成反比
【例2】磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流是2.5 A,导线长1 cm,它受到的安培力为5×10-2 N,则这个位置的磁感应强度是多大?若将导线的长度和电流都减小一半,则该处的磁感应强度多大?
课堂检测
1.关于磁感应强度B的说法正确的是( )
A.B的方向就是小磁针N极所指的方向
B.B的方向与小磁针S极的受力方向相反
C.磁场中某处的磁感应强度大小,就是通以电流I、长度为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值
D.B的方向与小磁针静止时S极所指的方向相反
2.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是( )
A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大
B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同
D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
3.下列说法中正确的是( )
A.磁场中某处的磁感应强度大小,与该处是否放通电导线无关
B.一小段通电导线放在磁感应强度处处相等的磁场中不同地方,受力相同
C.一小段通电导线放在磁场中不同的两个地方受磁场力大小相等,说明磁场中的这两个地方磁感应强度大小相等
D.因为B=,所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线的受力F成正比,与IL的乘积成反比
4.匀强磁场中长2 cm的通电导线垂直磁场方向,当通过导线的电流为2 A时,它受到的磁场力大小为4×10-3 N,问:该处的磁感应强度B多大?如果该导线的长度和电流都增加一倍,则该处的磁感应强度的大小是多少?若将通电导线拿走,该处的磁感应强度的大小是多少?
3 几种常见的磁场
学习目标
1.知道什么叫磁感线.
2.知道几种常见的磁场(条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管)及磁感线分布的情况.
3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向.
4.知道安培分子电流假说,并能解释有关现象.
5.理解匀强磁场的概念,明确存在匀强磁场的两种情形.
6.理解磁通量的概念并能进行有关计算.
自主探究
1.磁感线是一些有方向的 ,每一点的切线方向都跟该点的 相同.磁感线 的地方磁场强,磁感线 的地方磁场弱.磁感线为 曲线,在磁体的外部磁感线由 极出发,回到 极.在磁体的内部磁感线则由 极指向 极.两条磁感线不能 .?
2.如果磁场的某一区域里,磁感应强度的 、 处处相同,这个区域的磁场叫 .距离很近的两个异名磁极之间的磁场,通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)都可认为是匀强磁场.?
3.安培认为磁性起源是在分子、原子等物质微粒内存在着一种使每个物质微粒成为微小的磁体的 ,它的两侧相当于两个 .?
合作探究
【情景1】
演示实验:观察小磁针和铁屑在磁场中的分布
提出问题:
1.我们在学习电场的时候是如何用电场线来描述电场强度的?对于磁场也是这样吗?
2.观察磁铁周围的磁感线,有什么样的分布特点?
总结:1.曲线上 表示该点的磁场方向; 表示大小.?
2.磁感线是闭合曲线:磁铁外部磁感线从 出发到 ,内部是从 到 .?
【情景2】
奥斯特发现电流的磁效应后,引导出电磁学的一系列新的发现.电流的磁场是如何分布的呢?
提出问题1.是否能用细铁屑反映直导线磁场的分布?请设计实验验证.
2.请通过实验结果总结归纳直线电流周围的磁感线的特点.
设计实验方案:?
实验结果:?
安培定则(也叫右手螺旋定则)内容:?
?
【情景3】
提出问题1.请画出它们的磁感线空间走向及疏密分布情况.
2.根据记录的电流的方向和磁感线的方向,思考这两者之间有没有联系?能否用安培定则来描述?
安培定则的另外一种表述:?
?
【例题】 通电螺线管周围磁场的特点:两端分别是N极和S极,管内是匀强磁场,管外为非匀强磁场.在方框内画出通电螺线管周围磁场的立体图、横截面图和纵截面图.
【情景4】
提出问题
1.磁铁和电流都能产生磁场,它们是否有联系?
2.如何用安培分子电流假说解释磁化和退磁现象?
【情景5】
图中所示两个异名磁极间的磁场
提出问题
1.观察分析,两磁极间的磁场有何特点.
2.在什么情形中,存在这种电场.
总结:
匀强磁场定义: .?
产生方法: .?
【情景6】
光通过洞口
提出问题
1.“光通量”由光的强弱及洞的面积决定,那么我们如何来描述磁通量呢?
2.光线垂直入射与傍晚光线倾斜入射时通过的“光通量”不同,那么B和S不垂直时如何描述磁通量?
总结:1.磁通量定义式: .单位: ?
2.当B和S不垂直时,应该找到 ,此时定义式为 .?
课堂检测
1.关于磁感线,下列说法中正确的是( )
A.两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B.磁感线总是从N极到S极
C.磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D.两个磁场叠加的区域,磁感线可能相交
2.关于磁感线与电场线,下列说法正确的是( )
A.电场线起止于电荷,磁感线起止于磁极
B.电场线一定不闭合,磁感线一定是闭合的
C.磁感线是小磁针在磁场力作用下的运动轨迹
D.沿磁感线方向磁场逐渐减弱
3.关于匀强磁场,下列说法中正确的是( )
A.在某一磁场中,只要有若干处磁感应强度相同,则这个区域里的磁场就是匀强磁场
B.只要磁感线是直线,该处的磁场一定是匀强磁场
C.匀强磁场中的磁感线,必定是相互平行且间距相等的直线
D.距离很近的两个异名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场,都可视为匀强磁场
4.下面每张图中,最里边的小圆表示一根通电直导线的截面,标出了导线中电流的方向,周围的同心圆表示通电直导线磁场的磁感线.其中能比较正确地反映磁场情况的是( )
5.如图所示,带正电的金属环绕轴OO'以角速度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是( )
A.N极竖直向上 B.N极竖直向下
C.N极沿轴线向右 D.N极沿轴线向左
6.在如图所示的电路中,当开关S断开时,螺线管中小磁针N极的指向如图所示,则当开关S闭合后,小磁针静止时,N极的指向为( )
A.垂直纸面向里 B.垂直纸面向外
C.水平向右 D.水平向左
8.如图所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量的情况是( )
A.如图位置时等于BS
B.若使框架绕OO'转过60°角,磁通量为BS
C.若从初始位置转过90°角,磁通量为零
D.若从初始位置转过180°角,磁通量变化为2BS
4 通电导线在磁场中受到的力
学习目标
1.知道安培力的概念.
2.会用左手定则判定安培力的方向.
3.知道安培力的表达式,会计算匀强电场中安培力的大小.
4.知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.
自主探究
1.安培力的方向
(1)人们把通电导线在磁场中受的力称为 .?
(2)通电导线在磁场中所受安培力的方向,与电流、磁感应强度的方向都 .?
(3)左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内.让磁感线从 进入,并使四指指向 的方向,这时 所指的方向就是通电导线的磁场中所受安培力的方向.?
(4)通过实验可得出,平行通电直导线之间有相互作用力,同向电流 ,异向电流 .?
2.安培力的大小
(1)垂直于磁场B放置的通电导线,公式 .?
(2)当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,公式F= .?
3.磁电式电流表
(1)磁电式电流表的原理是 的关系.?
(2)磁电式仪表的构造特点:构造磁铁、放在磁铁两极之间的线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、刻度盘.特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿 方向,使线圈平面都与磁场方向 ,使表盘刻度 .?
(3)线圈偏转的θ越大,被测电流就越大,据线圈偏转的 ,可以知道被测电流的方向.?
合作探究
一、安培力的方向
1.安培力的方向与哪些因素有关?
【演示1】按照教材第81页图3.1-3所示进行实验.
观察演示实验:
①调换磁铁两极的位置来改变磁场的方向.现象: .?
②改变电流方向.现象: .?
结论: .?
左手定则的内容: .?
针对训练1.画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向.
2.通电直导线间的作用力方向如何呢?
【演示2】如教材第92页图3.4-3.
思考2:当AB、CD通反向电流时,作用力方向如何?
二、安培力的大小
当磁感应强度B的方向与导线方向成夹角θ时,导线受的安培力多大呢?
公式:B⊥I时,F= .?
B∥I时,F= .?
B与I夹角θ时,F= .?
针对训练2.将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示,已知磁感应强度为1 T.试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向.
三、磁电式电流表
(1)磁电式电流表的工作原理是什么?
(2)电流表主要由哪几部分组成?
电流表由 、 、铁芯、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成.?
(3)电流表中磁场的分布有何特点呢?
课堂检测
1.下列四图中的通电导线在磁场中受力分析正确的是( )
2.把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,图中能够正确反映各量之间关系的是 ( )
3.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向里的电流,用FN表示磁铁对桌面的压力,用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力,导线中通电后与通电前相比较( )
A.FN减小,Ff=0 B.FN减小,Ff≠0
C.FN增大,Ff=0 D.FN增大,Ff≠0
4.如图甲所示是磁电式电流表的结构图,图乙是磁极间的磁场分布图,以下说法中正确的是( )
①通电线圈中的电流越大,螺旋弹簧形变就越大 ②通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转的角度也越大 ③在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场 ④磁电式电流表的优点是灵敏度高可以测弱电流
A.①② B.③④
C.①②④ D.①②③④
5.一根容易形变的弹性导线,两端固定.导线中通有电流,方向如图中箭头所示.当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图中正确的是( )
6.如图所示,一根长度为L、质量为m的导线AB,用软导线悬挂在方向水平的磁感应强度为B的匀强磁场中,现要使悬线张力为零,则AB导线通电方向怎样?电流大小是多少?
7.如图所示,PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨,相距1 m,导体棒ab跨放在导轨上,导体棒的质量m=0.2 kg,导体棒的中点用细绳经滑轮与物体相连,物体质量M=0.3 kg,导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5.匀强磁场的磁感应强度B=2 T,方向竖直向下,为了使物体匀速上升,应在导体棒中通入多大的电流?方向如何?
5 运动电荷在磁场中受到的力
学习目标
1.知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向.
2.知道洛伦兹力大小的推理过程.
3.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦兹力大小的计算.
4.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.
自主探究
1.阴极射线管接到高压电源后, 会发射 ,电子在 作用下飞向 ,电子飞过挡板上的扁平狭缝后形成一个 .?
2.洛伦兹力是 .?
3.洛伦兹力的方向的判断——左手定则:
?
?
?
4.洛伦兹力的大小: .?
合作探究
一、回顾复习
前面我们学习了磁场对电流的作用力,下面思考两个问题:
1.如图,判定安培力的方向
若已知图中B=4.0×10-2 T,导线长L=10 cm,I=1 A.求导线所受的安培力大小.
2.什么是电流?
二、新课教学
磁场对电流有力的作用,电流是由电荷的定向移动形成的,我们会想到:这个力可能是作用在运动电荷上的,而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现.
观察磁场阴极射线在磁场中的偏转
实验现象结论:电子射线管发出的电子束,如图甲中的径迹是 .把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中,如图乙所示,电子束的径迹向 发生了偏转,若调换磁铁南北极的位置,则电子束的径迹会向 偏转.?
1.洛伦兹力的方向和大小
(1)洛伦兹力的定义:?
如图运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用,那么洛伦兹力的方向如何判断呢?
(2)洛伦兹力的方向——左手定则
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向 运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的 的方向.?
特别提示:
①洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面.B与v可以垂直,也可以不垂直.
②因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直,所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功,它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小.
③正电荷运动方向应与左手四指指向一致,负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向,再用左手定则判定).
【课堂练习】试判断如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.
(3)洛伦兹力的大小
设有一段长度为L的通电导线,横截面积为S,导线每单位体积中含有的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,定向移动的平均速率为v,将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中.
①这段导线中电流I的微观表达式I= .?
②这段导体所受的安培力F安= .?
③这段导体中含有多少自由电荷数为 ?
④每个自由电荷所受的洛伦兹力大小F= .?
(4)洛伦兹力的计算公式
①当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v⊥B),F= .?
②当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时,F= .?
2.电视显像管的工作原理
问题1:要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?
问题2:要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?
问题3:要使电子打在荧光屏的位置从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化?
课堂检测
1.来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子在进入地球周围的空间时,将( )
A.竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地面向东偏转
C.相对于预定点稍向西偏转 D.相对于预定点稍向北偏转
2.关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系,下列说法中正确的是( )
A.F、B、v三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于B、v,但B不一定垂直于v
C.B必定垂直于F、v,但F不一定垂直于v D.v必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B
3.如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B、F、v两两垂直).其中正确的是( )
4.如图所示,匀强磁场方向水平向里,匀强电场方向竖直向下,有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域.则( )
A.若电子从右向左飞入,电子也沿直线运动
B.若电子从右向左飞入,电子将向上偏转
C.若电子从右向左飞入,电子将向下偏转
D.若电子从左向右飞入,电子也沿直线运动
5.一个长螺线管中通有电流,把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响),粒子将在管中( )
A.做圆周运动 B.沿轴线来回运动
C.做匀加速直线运动 D.做匀速直线运动
6.电子的速率v=3×106 m/s,垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大?
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
学习目标
1.根据洛伦兹力的特点,理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动.
2.以洛伦兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆周运动的半径.
3.掌握质谱仪和回旋加速器的工作原理.
自主探究
1.带电粒子沿着电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动?
2.带电粒子垂直于电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动?
3.物体做匀速圆周运动的条件是什么?
4.匀速圆周运动中向心力需要单独受力分析吗?若不是,那要怎样分析?
5.匀速圆周运动的向心力公式是什么?
6.带电粒子在磁场中的运动
(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的 ,或者说洛伦兹力对带电粒子不 ,不改变粒子的 .?
(2)沿着与磁场方向垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做 .?
合作探究
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
【问题组一】
1.带电粒子沿着磁感线方向飞入匀强磁场,将做什么运动?
2.带电粒子垂直于磁感线方向飞入匀强磁场,又做什么运动呢?
(1)洛伦兹力方向与速度方向什么关系?洛伦兹力做功吗?
(2)洛伦兹力对带电粒子的运动起到什么作用?
(3)洛伦兹力的大小改变吗?方向呢?
【跟踪练习】
1.电子受到怎样的力的作用?这个力和电子的速度的关系是怎样的?
2.洛伦兹力对电子的运动有什么作用?
3.洛伦兹力做功吗?
二、相关公式的推导
【问题组二】
一带电量为q,质量为m,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,其半径r和周期T为多大?
问题1:什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力?
问题2:向心力的计算公式是什么?
问题3:
(1)轨道半径和什么因素有关?
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与什么有关?
【讨论】在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直,它的运动轨道是什么样的曲线?
【例题】如图所示,一质量为m,电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场,然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中,最后打到底片D上.
(1)粒子进入磁场时的速率;
(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径.
三、质谱仪、回旋加速器
【问题组三】
阅读教材及例题,回答以下问题:
1.试述质谱仪的结构.
2.试述质谱仪的工作原理.
3.分析影响粒子落点位置d的因素有哪些.
4.若磁场确定,测出d,那么我们实际上是测出了什么?
5.若磁场一定,我们控制进入的粒子具有相同的电荷量,测出d,我们可以测量有关粒子的什么信息?
6.现代科学利用质谱仪分析什么?
【问题组四】
回旋加速器
1.如何保证粒子每次经过金属盒缝隙时都是被加速?
2.从图中我们看到,越转圆的半径越大,这是为什么?
3.粒子的运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快,从而造成技术上的一个难题,实际情况是这样吗?
4.粒子在半径为R的回旋加速器中获得的最大动能为多少?与什么因素有关?
【例题】1989年初,我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8 GeV;若改用直线加速器加速,设每级的加速电压为U=2.0×105 V,则需要几级加速?
课堂检测
1.有一圆形边界的匀强磁场区域,一束质子流以不同的速率,由圆周上的同一点,沿半径方向射入磁场,质子在磁场中( )
A.路程长的运动时间长 B.速率小的运动时间短
C.偏转角度大的运动时间长 D.运动的时间有可能无限长
3.三种粒子HHHe,它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场,求它们的轨道半径之比.(1)具有相同速度;(2)具有相同动能.
3.如图所示,一束电子流以速率v通过一个处于矩形空间的匀强磁场,速度方向与磁感线垂直.且平行于矩形空间的其中一边,矩形空间边长为a和a,电子刚好从矩形的相对的两个顶点间通过,求电子在磁场中的飞行时间.
4.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T,D形盒的半径为R=60 cm,两盒间电压U=2×104 V,若α粒子从间隙中心某处向D形盒内以近似等于零的初速度垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
1 电荷及其守恒定律
学习目标
1.知道两种电荷及其相互作用,知道电荷量的概念.
2.知道摩擦起电和接触带电的实质.
3.知道静电感应现象及其本质.
4.知道电荷守恒定律及元电荷,了解比荷的概念.
自主探究
1.自然界中只存在两种电荷: 和 .?
(1)丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是 .?
(2)毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是 .?
2.同号电荷相互 ,异号电荷相互 .?
合作探究
一、起电的三种方式
【提出问题】
1.摩擦起电:当两个物体互相摩擦时,一些束缚的不紧的 从一个物体转移到 ,使得原来呈电中性的物体由于得到 而带负电,失去 的物体带正电.?
【例题1】毛皮与硬橡胶棒摩擦后,毛皮带正电,这是因为( )
A.毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上了
B.毛皮上的一些正电荷转移到了硬橡胶棒上了
C.硬橡胶棒上的一些电子转移到了毛皮上了
D.硬橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上了
【归纳总结】
(1)相互摩擦的物体一定是同时带上了 量的 号电荷.?
(2)摩擦起电的本质是 .?
2.接触带电:指一个 的金属导体跟另一个 的金属导体 后分开,而使不带电的导体带上电荷的方式.?
【例题2】两个完全一样的金属小球A、B,其中A带电为Q,B不带电,将A与B接触后再分开,则A、B的带电情况怎样?
【归纳总结】
(1)接触带电的本质: .?
(2)电荷量分配:两个完全相同的导体球相互接触后,总电荷量 .?
3.感应起电
(1)当一个带电体 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 ,远离带电体的一端带 .这种现象叫静电感应.?
(2)感应起电:利用 而使金属导体带电的过程.?
(3)感应起电的本质: .?
二、电荷守恒定律
1.表述一:电荷既不会 ,也不会 ,它只能从一个物体转移到 ,或者从物体的一部分转移到 .在转移过程中,电荷的总量 .?
2.表述二:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和 .?
三、元电荷
1.电荷量:电荷的多少.其国际制单位是 ,简称 ,用 表示.?
2.元电荷:最小的 ,即 所带的电荷量,用 表示,等于 C,最早由美国物理学家 测得.?
3.电子的比荷:电子的 与电子的 之比.?
【例题3】关于元电荷的理解,下列说法正确的是( )
A.元电荷就是电子
B.元电荷是表示跟电子所带电量数值相等的电荷量
C.元电荷就是质子
D.物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
课堂检测
一、选择题
1.如图所示,挂在绝缘细线下的轻质带电小球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以( )
A.甲图中两球一定带异号电荷
B.乙图中两球一定带同号电荷
C.甲图中两球至少有一个带电
D.乙图中两球至少有一个带电
2.如图所示,用起电机使金属球A带正电,靠近验电器B,则( )
A.验电器金属箔不张开,因为球A没有和B接触
B.验电器金属箔张开,因为整个验电器都带上了正电
C.验电器金属箔张开,因为整个验电器都带上了负电
D.验电器金属箔张开,因为验电器下部箔片都带上了正电
3.一带负电绝缘金属小球被放在潮湿的空气中,经过一段时间后,发现该小球上净电荷几乎不存在,这说明( )
A.小球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中,电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电荷导走了
D.该现象是由于电子的转移引起,仍然遵循电荷守恒定律
4.下列说法正确的是( )
A.电子和质子都是元电荷 B.一个带电体的电荷量为元电荷的205.5倍
C.元电荷是最小的电荷量单位 D.元电荷没有正、负之分
5.关于摩擦起电现象,下列说法中正确的是( )
A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷
B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体
C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,一定带有等量异号电荷
D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体,可能带有同号电荷
6.如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动情况是 ( )
A.枕形导体中的正电荷向B端移动,负电荷不移动
B.枕形导体中电子向A端移动,正电荷不移动
C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
二、非选择题
7.在如图所示的实验中,最终A带上了-10-8 C的电荷.实验过程中,是电子由A转移到B还是由B转移到A?A、B得到或失去的电子数各是多少?
8.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?
2 库仑定律
学习目标
1.通过演示实验,定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系.
2.明确点电荷是个理想模型,知道带电体简化为点电荷的条件.
3.了解库仑扭秤实验.
4.掌握库仑定律的文字表达及公式表达.
自主探究
1.自然界中存在 、 两种电荷,同号电荷 ,异号电荷 .?
2.万有引力定律的公式 ,其中引力常量为 .?
合作探究
一、实验演示:探究影响电荷间相互作用力的因素
提示:悬挂的小球受重力、拉力和电荷间相互作用力,电荷间作用力F=mgtan α,偏角α越大,表明电荷间作用力越大.
演示一:让带电物体A靠近悬挂在丝线上的带正电小球,观察在不同距离时小球的偏转角度.
演示二:使小球处于同一位置,增大或减少小球所带的电荷量,观察小球偏角的变化关系.
结论:?
.?
二、库仑定律
1.库仑定律的内容:?
.?
2.库仑定律的适用条件: .?
3.什么是点电荷?
?
.?
点电荷类似力学中的 ,它也是一种 .?
三、库仑的实验
1.结构简介
如图A是带电小球,B是不带电的小球,B与A的重力平衡,另一带电小球C靠近A时,A与C的作用力使悬丝扭转,通过悬丝扭转的角度比较力的大小.
2.研究方法—— ?
(1)控制电荷量Q不变,验证静电力F与r2的关系
(2)控制带电小球之间的距离r不变,验证静电力F和电荷量Q的关系
3.思想方法
(1)小量放大思想;
(2)电荷均分原理.
【提问】库仑的那个年代还不能测量物体所带的电荷量,他是怎样解决这个问题的?
4.库仑定律的表达式: ,其中k是 ,叫做 ,k的数值为 .?
【例题1】氢原子核(即质子)的质量是1.67×10-27 kg,电子的质量是9.1×10-31 kg,在氢原子内它们之间的最短距离为5.3×10-11 m.试比较氢核与核外电子之间的库仑力和万有引力.
【例题2】真空中有三个点电荷,它们固定在边长为50 cm的等边三角形的三个顶点上,每个点电荷都是+2×10-6 C,求它们各自所受的库仑力.
课堂检测
1.下列说法中正确的是( )
A.点电荷是一种理想模型,真正的点电荷是不存在的
B.点电荷就是体积和带电量都很小的带电体
C.根据F=k可知,当r趋近于0时,F趋近于∞
D.一个带电体能否看成点电荷,不是看它的尺寸大小,而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计
2.有两个半径为r的带电金属球中心相距为L(L=4r),对于它们之间的静电作用力(设每次各球带电量绝对值相同)( )
A.带同号电荷时大于带异号电荷时
B.带异号电荷时大于带同号电荷时
C.带等量负电荷时大于带等量正电荷时
D.大小与带电性质无关,只取决于电荷量
3.三个相同的金属小球a、b和c,原来c不带电,而a和b带等量异号电荷,相隔一定距离放置,a、b之间的静电力为F.现将c球分别与a、b接触后拿开,则a、b之间的静电力将变为( )
A. B. C. D.
4.如图所示,两个带电小球A、B分别用细丝线悬吊在同一点O,静止后两小球在同一水平线上,丝线与竖直方向的夹角分别为α、β(α>β),关于两小球的质量m1、m2和带电荷量q1、q2,下列说法中正确的是( )
A.一定有m1B.可能有m1q2
C.可能有m1=m2,q1=q2
D.可能有m1>m2,q1=q2
5.两个完全相同的带电小球,质量均为m且带有等量同号电荷,用两根长度相同的绝缘细线悬挂于同一点,如图所示,静止后两条细线张角为2θ,若细线长度为L,两个小球所带电荷量大小均为 ,悬线张力大小为 .?
6.如图所示,把质量为0.2 g的带电小球A用丝线吊起,若将带电荷量为4×10-8 C的小球B靠近它,当两小球在同一高度且相距3 cm时,丝线与竖直方向夹角为45°,此时小球B受到库仑力F= .小球A带的电荷量qA= .?
7.如图所示,等边三角形ABC,边长为L,在顶点A、B处有等量异号点电荷QA,QB,QA=+Q,QB=-Q,求在顶点C处的点电荷+QC所受的静电力.
3 电场强度
学习目标
1.了解静电场,初步了解场是物质存在的形式之一.
2.理解电场强度的概念及定义式,会用电场强度、电场线描述电场.
3.掌握点电荷的电场、电场线,理解电场强度的叠加.
4.加深比值定义的理解.
自主探究
1.19世纪30年代, 第一个提出了场的观点.物质存在的两种形式为 、 .?
2. 产生的电场为静电场.电场具有 的性质.?
3. 称为试探电荷或检验电荷; 称为场源电荷或源电荷.?
4. 叫做电场强度,其公式为 ,单位 .点电荷的电场强度公式为 .?
5.形象地描述电场的方法是 .?
合作探究
一、电场
1.什么是电场?电荷间的相互作用是怎样发生的?
2.什么是静电场?
二、电场强度
1.试探电荷和场源电荷
试探电荷必须具备的条件: .?
2.电场强度
(1)定义: (比值定义).?
(2)公式: .?
(3)单位: .?
(4)电场强度是 ,它的方向是 .?
说明:(1)E=为定义式,适用于一切电场.
(2)某点的电场强度的大小及方向取决于电场本身,与检验电荷的正负、电荷量的大小及受到的电场力无关.
三、点电荷的电场、电场强度的叠加
1.点电荷电场强度公式: .?
2.以点电荷Q为圆心的球面上各点的电场强度的特点: .?
当Q为正电荷时,E的方向: .?
当Q为负电荷时,E的方向: .?
3.如果场源电荷有多个点电荷,则如何求电场中某点的电场强度?
.?
【例题】真空中两个正点电荷A、B所带电荷量皆为+Q,且相距为r,则A、B之间连线上距离A为处的P点的电场强度为多少?
思考:能否在P点处放入一个带负电的点电荷-q,通过求出-q在P处受合电场力,然后根据E=求出P处的电场强度大小和方向?
拓展:如果带电体是半径为R的均匀球体(或球壳),它外部空间某点的电场强度该怎样计算?
四、电场线
1.电场线:如果在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的 ,这样的曲线就叫做电场线(如图所示)?
2.特点
(1) .?
(2) .?
(3) .?
3.画出几种特殊的电场线
五、匀强电场
电场中各点电场强度的 、方向 的电场就叫匀强电场.?
课堂检测
1.电场中有一点P,下列说法中正确的有( )
A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半
B.若P点没有检验电荷,则P点电场强度为零
C.P点的电场强度越大,则同一电荷在P点受到的电场力越大
D.P点的电场强度方向为放在该点的电荷的受力方向
2.在一个电场中a、b、c、d四点分别引入检验电荷时,测得的检验电荷所受电场力跟其电荷量的函数关系图象,如图所示.下列叙述正确的是( )
A.这个电场是匀强电场
B.四点电场强度大小关系是Ed>Ea>Eb>Ec
C.四点电场强度大小关系是Ea>Eb>Ed>Ec
D.无法确定四个点的电场强度大小关系
3.如图所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是( )
A.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大
B.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值
D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到粒子速度为零
4.关于电场线,下列说法正确的是( )
A.电场线是客观存在的
B.电场线与电荷运动的轨迹是一致的
C.电场线上某点的切线方向与电荷在该点的受力方向可以不相同
D.沿电场线方向,电场强度一定越来越大
5.如图所示,四个电场线图,一正电荷在电场中由P到Q做加速运动且加速度越来越大,那么它所在的电场是( )
6.如图所示,A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点,在这些点上各固定一个点电荷,除A点处的电荷量为-q外,其余各点处的电荷量均为+q,则圆心O处( )
A.电场强度大小为,方向沿OA方向
B.电场强度大小为,方向沿AO方向
C.电场强度大小为,方向沿OA方向
D.电场强度大小为,方向沿AO方向
7.如图所示,一带电粒子只受电场力从A飞到B,径迹如图中虚线所示,下列说法正确的是( )
A.粒子带负电
B.粒子加速度不断变小
C.粒子在A点时动能较大
D.B点电场强度大于A点电场强度
8.如图所示,有一水平方向的匀强电场,电场强度为9×103N/C,在电场内的竖直平面内作半径为1 m的圆,圆心处放置电荷量为1×10-6 C的正点电荷.则圆周上C点处的电场强度大小为 .?
9.如图所示,把一个倾角为θ的绝缘斜面固定在匀强电场中,电场方向水平向右,电场强度大小为E.有一质量为m、带电量为+q的物体以初速度v0,从A端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动,求物体与斜面间的动摩擦因数.
4 电势能和电势
学习目标
1.明确静电力做功的特点.
2.理解电势能的概念.
3.弄清静电力做功与电势能变化之间的关系.
4.理解电势的概念、等势面的特点.
自主探究
一、静电力做功的特点是 .?
二、电势能
1.电势能的定义: .用 表示.?
2.静电力做功与电势能变化的关系: .?
3.如何求电荷在某点处具有的电势能? .?
4.零势能面的选择: .?
三、电势
1.定义: .?
2.电势是 ,它只有 ,没有方向,但有正负.?
3.电场线指向电势 的方向.顺着电场线方向,电势越来越 .?
4.零电势位置的规定: .?
四、等势面
1.等势面: .?
2.等势面与电场线的关系: .?
合作探究
一、静电力做功的特点
【思考讨论1】如图所示,质量为m的物体在重力场中,分别:
(1)沿折线从A运动到B;
(2)沿直线从A运动到B;
(3)沿曲线从A运动到B.
重力分别做多少功?重力做功的特点是什么?重力做功与重力势能的关系是什么?
【自主尝试】结合教材图1.4-1,分析如图所示的试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况.
(1)q沿直线从A到B;
(2)q沿折线从A到M、再从M到B;
(3)q沿任意曲线从A到B.
二、静电力做功与电势能的关系
【思考讨论2】在重力场中由静止释放质点,质点一定加速运动,动能增加,势能减少;如图所示,在静电场中,静电力做功使试探电荷获得动能,是什么转化为试探电荷的动能的?
【思考讨论3】重力做的正功等于减少的重力势能,克服重力做的功等于增加的重力势能,用公式表示为WAB=EpA-EpB=-ΔEp.那么,静电力做功与电势能的关系呢?
【案例分析】分析对不同的电荷从A运动到B的过程中电势能的变化情况.
【思考讨论4】如何确定电荷在某点处具有的电势能?(类比分析:如何求出A点的重力势能呢?进而总结出电势能的求法.)
【拓展】零势能面的选择:通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零.
【思考讨论5】重力势能是物体和地球组成的系统所共有的,那么电势能是否也是电荷和电场所共有的呢?
(1)若被移动电荷的极性、电荷量不同,对其电势能有何影响?
(2)若电荷所处电场发生变化,对位于其中的电荷的电势能有何影响?
(3)若电场中没有电荷或者空间不存在电场,还有电势能吗?
【巩固训练】
1.关于在电场中移动电荷与电势能的关系,下列说法中正确的是( )
A.电荷沿电场线方向移动,电势能一定增加
B.电荷沿电场力方向移动,电势能一定增加
C.电荷逆电场力方向移动,电势能一定增加
D.电荷沿垂直于电场线方向移动,电势能一定不变
2.有一电荷量q=-3×10-6C的电荷,从电场中的A点移到B点时,克服静电力做功6×10-4J.求:
(1)电荷的电势能怎样变化?变化了多少?
(2)以B为零势能点,电荷在A点的电势能EpA是多少?
(3)如果把这一电荷从B点移到C点时静电力做功9×10-4J,电荷的电势能怎样变化?变化了多少?
(4)如果选取C点为零势能点,则电荷在A点的电势能EpA'又是多少?
(5)通过这一例题你有什么收获?
三、电势
【思考讨论6】如何判断电势的高低呢?
四、等势面
【思考讨论7】
在地理课上常用等高线来表示地势的高低.今天学习了电势的知识后,那我们可以用什么来表示电势的高低呢?
【体验性实践】
寻找等势面:找正点电荷和带电平行金属板中的等势面.
【思考讨论8】什么情况下会出现力做功为零的情况?电场线跟等势面有什么关系?
课堂检测
1.关于等势面的说法,正确的是( )
A.不同等势面上各点的电势也可能相等
B.各等势面永不相交
C.等势面总是和电场线垂直
D.等势面都是封闭的曲面
2.如图展示了等量异号点电荷的电场线和等势面.关于场中的A、B、C、D四点,下列说法正确的是( )
A.A、B两点的电势和电场强度都相同
B.A、B两点的电场强度相同,电势不同
C.C、D两点的电势和电场强度都不同
D.C、D两点的电势相同,电场强度不同
3.关于等势面、电场力做功和电场的关系,下列说法正确的是( )
A.在等势面上移动电荷,电场力总是不做功
B.电荷从A点移到B点,电场力做功为零,则电荷一定是沿等势面移动的
C.在同一个等势面上的各点,电场强度的大小必然是相等的
D.电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面
4.如图所示,展示了不规则形状的带电导体周围的电场线和等势面.从图中可以看出,越靠近导体,等势面的形状就越趋近导体表面的形状,这是因为,导体的表面本身就是一个 ,而且导体内部的电势也处处相等,所以导体是一个 ;而越是远离导体,等势面的形状就越趋近球面,这是因为,从足够远的地方看导体,它就是一个点电荷,而点电荷的 就是球面.?
5.电场线和等势面都可以形象、直观地描述电场.由于电场线和等势面有着固定的空间位置关系,我们只要知道了其中之一,就可以根据相互关系描绘出另一个.而且,从测量方便性的角度看,我们一般是描绘 更容易(选填“电场线”或“等势面”).?
6.如图展示了等量同号点电荷的电场线和等势面.从图中可以看出,这三点的电势关系是φa φb φc(均填“>”“<”或“=”)?
5 电势差
学习目标
1.掌握电势差的概念.
2.会应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功.
自主探究
1.电荷、电场强度、电势、电势能是怎样定义的?
电荷: .?
电场强度: .?
电势: .?
电势能: .?
2.电场中两点间电势的 叫做电势差.?
电场中的各点电势的大小与电势零点的选取 ,但电场中两点的电势差与电势零点的选取 .?
电势与电势差都是反映电场中 的物理量.?
合作探究
(一)电势差
【情景引入,展示目标】
某电场的等势面如图所示,试画出电场线的大致分布.
若以C点为电势零点,则A点的电势为多少?D点的电势为多少?A、D两点的电势相差多少?
若以B点为电势零点,则A点的电势为多少?D点的电势为多少?A、D两点的电势相差多少?
小结:
电势是描述电场能性质的物理量,并且在电场中的不同位置,电势不同,那么不同点的电势的差值就叫做电势差.
【推导】
根据教材第20页的电势差的定义和前面电势能与电场力关系的变化关系,试着推导电势差的定义式.
推导一:
推导二:
【思考讨论】
如图所示,如果B板接地(取大地的电势为0,则与大地相连的导体的电势也为0),则A点电势为8 V,M点的电势为6 V,N点电势为2 V,M、N两点间的电势差是多少?如果改为A板接地,B板电势多大?M、N两点电势各多大?M、N两点间电势差多大?
【讨论后小结】
1.电势差与电势的关系: .?
电势的数值与电势零点的选取 关,电势差的数值与电势零点的选取 关.?
2.物体在重力作用下从高处向低处移动时,重力做功,对于同一个物体,重力做功越多,高度差越大.与此类似,同一个电荷从一点移动到另一点时,电场力做功越多,就说这两点间的电势差 .?
电势差UAB与q、WAB均 关,仅与电场中A、B两点的位置 关.?
3.电势差的物理意义: .?
UAB在数值上的含义: .?
4.单位: ,符号 ,1 V= .?
(二)典型例题与尝试练习
【典型例题】
在电场中把电荷量为2.0×10-9 C的正电荷从A点移到B点,电场力做功1.5×10-7J,再把这个电荷从B点移到C点,克服电场力做功4.0×10-7J.
(1)求A、B、C三点中哪点电势最高?哪点电势最低?
(2)A、B间,B、C间,A、C间的电势差各是多大?
(3)把-1.5×10-9 C的电荷从A移到C,静电力做多少功?电势能如何变化?变化多少?
(4)根据以上所得结果,定性地画出电场分布的示意图,标出A、B、C三点可能的位置.
【尝试练习】
1.如图所示,Q是带负电的点电荷,A和B为其电场中的两点.若E1、E2为A、B两点的电场强度的大小,φ1、φ2为A、B两点的电势,则( )
A.E1>E2,φ1>φ2
B.E1>E2,φ1<φ2
C.E1φ2
D.E12.关于电势差和电场力做功的说法中,正确的是( )
A.电势差的大小由电场力在两点间移动电荷做的功和电荷的电荷量决定
B.电场力在两点间移动电荷做功的多少由两点间的电势差和该电荷的电荷量决定
C.电势差是矢量,电场力做的功是标量
D.在匀强电场中与电场线垂直方向上任意两点电势差相等
课堂检测
1.下列说法中正确的是( )
A.重力做功与路径无关,与移动物体的初末位置的竖直高度差有关,即WAB=mghAB
B.静电场力做功与路径无关,与移动电荷的初末位置的电势差有关,即WAB=qUAB
C.重力对物体做正功,其重力势能减少,做负功则重力势能增加
D.静电场力对正电荷做正功,正电荷电势能增加,对负电荷做正功,负电荷电势能减少
2.正电荷在电场中沿某一电场线从A到B,此过程中可能出现( )
A.AB间电势差一定是正的 B.电场力的大小保持不变
C.电荷克服电场力做功 D.电荷的电势能不断减小
3.如图所示,电场中有A、B两点,则下列说法中正确的是( )
A.电势φA>φB,电场强度EA>EB
B.电势φA>φB,电场强度EAC.将+q电荷从A点移动到B点电场力做正功
D.将-q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能EpA>EpB
4.如图A、B为两等量异号电荷,A带正电,B带负电,在A、B连线上有a、b、c三点,其中b为ac连线的中点,ab=bc,则( )
A.a点与c点的电场强度相同
B.a点与c点的电势相同
C.a、b间电势差与b、c间电势差相等
D.点电荷q沿A、B连线的中垂线移动,电场力不做功
5.在静电场中,一个带电量q=2.0×10-9 C的负电荷从A点移动到B点,在此过程中,除电场力外,其他力做的功为4.0×10-5 J,质点的动能增加了8.0×10-5 J,则A、B两点间的电势差为 ( )
A.2×10-4 V B.1×104 V C.4×104 V D.-2×104 V
6 电势差与电场强度的关系
学习目标
1.理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系.对于公式U=Ed要知道推导过程.
2.能够熟练应用U=Ed解决有关问题.
3.知道电场强度另一个单位“V/m”的物理意义.
自主探究
【问题1】根据如图所示,分析电场强度大的地方电势是否一定高?反之又如何呢?
【结论】 .?
【问题2】根据如图所示,分析电场强度为零的点电势一定为零吗?反之又如何呢?
【结论】 .?
合作探究
1.若沿电场强度方向移动电荷,求电场力所做的功.
假设在如图所示的匀强电场E中,有一带电量为+q的粒子在电场力的作用下由A点移到B点,A、B两点间的电势差为UAB,距离为d.
2.若不沿电场强度方向移动电荷呢,求电场力所做的功.(AB与电场强度的夹角为θ)
【结论】
(1)电势差与电场强度:在匀强电场中两点间的电势差等于 与这两点沿 方向上距离的乘积.?
(2)电场强度与电势差:在匀强电场中,电场强度的大小等于两点间的 与两点沿 方向距离的比值,公式E= ,单位 .也就是说,电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的 .?
说明:①此式的适用范围: ,在非匀强电场中可以定性地判定两点间电势差的大小.?
②d的含义: .?
(3)与电场强度相关的公式间的区别与联系
物理意义
引入过程
适用范围
E=
是电场强度的定义式
F∝q,E与F、q无关,是反映某点电场强度的性质
E=k
是真空中点电荷电场强度的决定式
E=
【巩固练习】
如图所示,在匀强电场中的M、N两点距离为2 cm,两点间的电势差为5 V,M、N连线与电场强度方向成60°,则此电场的电场强度多大?
课堂检测
1.关于匀强电场电势差和电场强度的关系,正确的说法是( )
A.在相同距离的两点上,电势差大的其电场强度也必定大
B.任意两点间的电势差等于电场强度和这两点距离的乘积
C.电势减小的方向必定是电场强度的方向
D.沿电场线的方向任意相同距离上的电势差必定相等
2.图中的实线为电场线,虚线为等势线,a、b两点的电势φA=-50 V,φB=-20 V,则a、b连线中点c的电势φc应为( )
A.φc=-35 V
B.φc>-35 V
C.φc<-35 V
D.条件不足,无法判断φC的高低
3.a、b、c、d是匀强电场中的四个点,它们正好是一个矩形的四个顶点.电场线与矩形所在的平面平行.已知a点的电势是20 V,b点的电势是24 V,d点的电势是4 V.如图所示,由此可知,c点的电势为( )
A.4 V B.8 V
C.12 V D.24 V
4.已知空气的击穿电场强度为2×106V/m,测得某一次闪电,设闪电的火花路径为直线,其火花长为1 000 m,则发生这次闪电时,放电路径两端的电势差U= V,若这次闪电通过的电荷量为30 C,则释放的能量W= J.?
5.如图所示,匀强电场中有A、B、C三点,它们的连线构成一个直角三角形,AB=0.12 m,AC=0.05 m,把一电荷量q=-1×10-8 C的点电荷从B点移到C点,电场力做功为5×10-7 J,把点电荷从B点移到A点,电场力做功仍为5×10-7J,由此可知电场强度的方向为 ,电场强度的大小为 ,B、C两点带电电势差是 .?
6.如图所示是匀强电场中的一组等势面,若A、B、C、D相邻两点间距离都是2 cm,则该电场的电场强度为 V/m,到A点距离为1.5 cm的P点电势为 V.?
7.如图所示的匀强电场中有a、b、c三点,ab=5 cm,bc=12 cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角.一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从a移到b,静电力做功为W1=1.2×10-7 J.求:
(1)匀强电场的电场强度.
(2)电荷从b移到c,静电力做的功.
(3)a、c两点间的电势差.
7 静电现象的应用
学习目标
1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态.
2.理解静电平衡时,净电荷只分布在导体表面且内部电场强度处处为零.
3.知道静电屏蔽及其应用.
自主探究
1.电场的重要性质是 .?
2.导体的重要特征是 .?
3.静电感应现象:?
4.静电感应现象的实质是 ?
5.尖端放电的原理是 .?
6.尖端放电的原理有何应用?
7.静电有哪些应用?
8.哪些地方应该防止静电?
合作探究
一、静电平衡状态导体的电场
1.静电平衡条件: .?
2.导体达到静电平衡特点:
① .?
② .?
③ .?
二、导体上的电荷分布
特点如下:
1. .?
2. .?
三、尖端放电
1.解释: .?
2.应用: .?
四、静电屏蔽
1.理解:处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为零.因此,可利用金属外壳或金属网封闭某一区域不再受外界电场的影响,这一现象称静电屏蔽.
2.两种情况:①金属内部空间不受壳外部电场的影响;
②接地的封闭的导体壳内部电场对壳外空间没有影响.
(2)静电屏蔽的应用
生活中我们见到的哪些带静电的现象是有益的?
【例题】如图,长为L的导体棒原来不带电,现将一带电量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点,当达到静电平衡时,棒上感应电荷在棒内中点处产生的电场强度的大小为多少?
【练习与提高】 如图所示,把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内,小球带不带电?
课堂检测
1.导体处于静电平衡,下列说法正确的是( )
A.导体内部没有电场
B.导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面
C.导体内部没有电荷的运动
D.以上说法均不正确
2.在下列措施中,能将产生的静电尽快导走的是( )
A.飞机轮子上搭地线 B.印染车间保持湿度
C.复印图片 D.电工钳柄装有绝缘套
3.如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷.在静电平衡后,下列物理量中等于零的是( )
A.导体腔内任意点的电场强度
B.导体腔内任意点的电势
C.导体外表面的电荷量
D.导体空腔内表面的电荷量
4.图为静电除尘器除尘原理的示意图.尘埃在电场中通过某种机制带电,在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的.下列表述正确的是( )
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.同一位置带电量越多的尘埃所受电场力越大
5.一个带有绝缘座的空心金属球壳A带有4×10-8 C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷,使B球与球壳A内壁接触.如图所示,则A、B所带电荷量分别为( )
A.QA=1×10-8 C,QB=1×10-8 C
B.QA=2×10-8 C,QB=0
C.QA=0,QB=2×10-8 C
D.QA=4×10-8 C,QB=-2×10-8 C
6.如图所示,在原来不带电的金属杆ab附近P处,放置一个正点电荷,达到静电平衡后 ( )
A.a端的电势比b端的高
B.b端的电势比d点的低
C.a端的电势不一定比d点的低
D.杆内c处电场方向由c指向b
7.如图所示,四组静电实验中,能使左边的验电器的金属箔张开的是( )
8.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是( )
A.铜丝编织的衣服不容易拉破,所以用铜丝编织衣服
B.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电势保持为零,对人体起保护作用
C.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用
D.铜丝必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用
9.如图所示,两个点电荷A和B,电荷量分别为q1=-9.0×10-9 C,q2=2.7×10-8 C,彼此相距r=6 cm,在其连线中点处放一半径为1 cm的金属球壳,求球壳上感应电荷在球心O处产生的电场强度.
8 电容器的电容
学习目标
1.知道什么是电容器,认识常见的电容器,通过实验感知电容器的充、放电现象.
2.理解电容概念及其定义方法,掌握电容的定义公式、单位,并会用来进行有关的计算.
3.通过实验了解影响平行板电容器的电容与哪些因素有关,了解平行板电容器的电容公式,知道改变平行板电容器的电容大小的方法.
自主探究
1.电容器的作用:电容器就是 的容器.?
2.电容器的构造:由两个 、 的导体组成.?
3.电容器的工作过程:充电:使电容器两个极板带上 的过程;放电:使电容器两极板上电荷 的过程.?
4.电容的物理意义:电容是表示电容器 本领的物理量.?
5.电容定义式: ,C与电容器是否带电、所装电荷量、两极板间电势差 ,而是由电容器 决定.?
6.单位: (F),1 F= μF= pF.?
7.平行板电容器电容的决定式: ,其中k为 ,d为 ,S为 ,εr为 (描述两导体间绝缘介质特性).?
合作探究
【活动一】知道什么是电容器,认识常见的电容器,感知电容器的充、放电现象
1.请仔细阅读教材“电容器”的内容并观察拆开的一个电容器,完成以下问题:
构造:两个相距很近的 中间夹上一层 ,就组成一个最简单的电容器,叫做 .实际上,任何两个彼此 又 的导体,都可以看成一个电容器.?
2.请观看演示实验,认识充放电过程的特点,完成以下问题:
充电:把电容器的一个极板与电池组的正极相连,另一个极板与负极相连,两个极板就分别带上了 电荷,这个过程叫充电.充电过程中由电源获得的 储存在电容器中.?
放电:用 把充电后的电容器的两极板接通,两极板上的电荷中和,电容器又不带电了,这个过程叫放电.放电后, 转化为其他形式的能量.?
【活动二】理解电容器的电容概念及其定义方法,掌握电容的定义公式、单位,并会用来进行有关的计算
请仔细阅读教材“电容”的内容,完成以下问题:
(1)定义:一个电容器所带的 与电容器两极间的 的比值,叫做电容器的电容.?
(2)定义式:C= .?
(3)物理意义:电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为 时电容器要带的电荷量,需要电荷量多,表示电容器的电容 ,电容是表示电容器 的物理量.?
(4)单位:国际单位制中,电容的单位是 ,简称 ,符号是 .常用的单位还有 、 .如果一个电容器带1C的电量,两极板间的电势差是1 V时,这个电容器的电容就是 .1 μF= F;1 pF= F.?
特别提醒:电容器的电容大小是由本身的特性决定的,与极板间电势差、电容器带电荷量多少及带不带电荷无关.
【活动三】通过实验了解影响平行板电容器的电容与哪些因素有关,了解平行板电容器的电容公式,认识常见的电容器,知道改变平行板电容器的电容大小的方法
1.实验探究决定电容大小的因素:
实验1:保持极板上的电荷量Q不变,两极板间的距离d也不变,改变两个极板的正对面积S,观察 得知两极板间电势差的变化,判断电容C与正对面积S的关系.?
实验2:保持Q、S不变,改变距离d,采用实验1的方法,判断C与d的关系.
实验3:保持Q、S、d都不变,在两极板间插入电介质,判断电介质的存在对电容C的影响.
电容决定式: .?
2.请仔细阅读教材“平行板电容器的电容”的内容,完成以下问题:
平行板电容器的电容表达式C= ,式中各字母代表的物理量分别是 ;真空中的相对介电常数等于 ,所有介质的相对介电常数均 1.由静电计的指针偏转可推知两导体间 的大小.?
3.仔细阅读教材“常用电容器”的内容,完成以下问题:
电容器在我们当今生活中随处可见,如电脑、电视机、收音机等几乎所有用电器中都有电容器.
(1)常用的电容器,从构造上看,可分为 和 两类.?
(2)常见的固定电容器有 和 两种,其表示符号分别为 和 .教材上所给出的可变电容器是利用 的改变来改变电容大小的,其表示符号为 .?
(3)击穿电压是指 .电容器上标出的额定电压一般 (选填“大于”或“小于”)击穿电压.?
课堂检测
1.对于一个确定的电容器的电容正确的理解是( )
A.电容与带电量成正比
B.电容与电势差成反比
C.电容器带电荷量越大时,电容越大
D.对确定的电容器,极板带电荷量增加,两板间电势差必增加
2.关于电容器的电容,下列说法正确的是( )
A.电容器所带的电荷量越多,电容就越大
B.电容器两极板间电势差越高,电容就越大
C.电容器所带电荷量增加一倍,则两极间的电势差也一定增加一倍
D.电容表征电容器容纳电荷的本领的物理量
3.如图所示,是描述对给定的电容器充电时极板上带电量Q、极板间电势差U和电容C之间的关系的图象,其中正确的是( )
4.下列措施可以使电介质为空气的平行板电容器的电容变大的是( )
A.使两极板靠近些 B.增大两极板的正对面积
C.把两极板的距离拉开些 D.在两极板间放入云母
5.某电容C=20 pF,那么用国际单位表示,它的电容为 F.?
6.两个电容器电荷量之比为2∶1,电势差之比为1∶2,则它们的电容之比为 .?
7.如图所示,给电容器充电,静电计指针偏转一个角度.以下情况中静电计的指针偏角增大还是减小?
(1)把两板间的距离减小;
(2)把两板间的正对面积减小;
(3)在两板间插入相对介电常数较大的电介质.
8.拓展应用:电容式传感器是把非电物理量(如位移、速度、压力、温度、流量等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的一种组件(非电物理量→传感器→电学物理量).电容式传感器是常见的一种,试分析图中的电容式传感器是测量 的电容式传感器,原理是?
.?
9 带电粒子在电场中的运动
学习目标
1.学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化.
2.综合运用静电力做功、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化.
3.了解示波管原理,并会分析简单现象.
自主探究
一、知识回顾
1.牛顿第二定律的公式是什么?
2.动能定理的表达式是什么?
3.解决平抛这类曲线运动的方法是 ,水平方向: ,竖直方向: ,速度偏转角度 .?
4.静电力做功的计算方法:恒力(匀强电场): ,任意情况: .?
二、知识准备
电场中的带电粒子在什么情况下不考虑重力?
1.?
2.?
合作探究
一、带电粒子的加速
【提出问题】你听说过电子枪吗?带电粒子做加速或减速直线运动的条件是什么?
【例题】如图所示,在真空中有一对平行金属板,两板间加以电压U,两板的间距为d.两板间有一质量为m,带正电荷q的带电粒子.它在电场力的作用下,由静止开始从正极板向负极板运动,到达负极板时的速度有多大(不考虑粒子的重力)?试用功能关系和运动学关系求解.
【思维拓展】如果进入电场的速度为v0,其最后射出电场的速度为多大?
【思考讨论】上述问题中,如果在非匀强电场中该用何种方法求解?上面的方法是否仍然适用?为什么?
【尝试练习】炽热的金属丝可以发射电子(如图).在金属丝和金属板间加以电压U=2 500 V,发射出的电子在真空中加速后,从金属板的小孔穿出.电子穿出时的速度有多大?设电子刚离开金属丝时的速度为零.(m=0.9×10-30 kg,e=1.6×10-19 C)
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
【例题】如图所示,质量为m、带电量为q的正粒子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中,穿出电场.匀强电场的两板间距为d,电势差为U,板长为l(粒子不计重力).
1.问题讨论
(1)q的受力大小和方向怎样?
(2)垂直电场和平行电场方向的运动性质怎样?
(3)与学过的哪种运动形式类似?
2.深入探究:设两极板间电荷带电荷量为q,质量为m,平行板长为l,两板间距为d,电势差为U,初速度为v0.试求:
垂直电场方向时间t= ,平行电场方向加速度a= ,偏移距离y= ,平行于电场方向的速度vy= ,偏转角tan θ= .?
【尝试练习】如图所示,两个相同极板Y与Y'的长度L=6.0 cm,相距d=2.0 cm,极板间的电压U=200 V.一个电子沿平行于板面的方向射入电场中,射入的速度v0=3.0×107 m/s.把两板间的电场看作匀强电场,求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ(m=0.9×10-30 kg,e=1.6×10-19 C).
【拓展练习】质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中,离开电场后,它们的偏转角正切之比为 ,侧移之比为 .?
【思维拓展】以相同的初速度进入同一偏转电场其结果如何?
三、示波管的原理
1.如果在电极XX'之间不加电压,但在YY'之间加不变的电压,使Y的电势比Y'高(有时说这种情况是“Y正,Y'负”),电子束运动过程中受哪个方向的力?电子将打在荧光屏的什么位置?试着在荧光屏上标出.
如果在YY'之间不加电压,而在XX'之间加不变的电压(X正,X'负),电子将打在荧光屏的什么位置?试着在荧光屏上标出.
2.如果在电极XX'之间不加电压,而在电极YY'之间所加的电压按如图所示的规律随时间变化,在荧光屏上会看到什么图形?
3.如果YY'之间的电压仍然如图所示,而在电极XX'之间加不变的电压(X正,X'负),在荧光屏上会看到什么图形?若XX'之间的电压是“X负,X'正”呢?
4.如果YY'之间的电压仍然如图甲所示,而在电极XX'之间所加的电压按图乙所示的规律变化,在荧光屏上会看到什么图形?建议按以下步骤画图.
(1)在白纸上画出荧光屏的放大图;
(2)在图上分别标出O、A、B、C、t1、D、E、F、t2几个时刻光点在荧光屏上的位置;
(3)根据以上光点的位置,画出荧光屏上的图形.
甲 乙
课堂检测
1.下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后,粒子动能最大的是( ),粒子速度最大的是( )
A.质子(质量为m、电量为e)
B.氦核(质量为4m、电量为2e)
2.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.已知氢核与电子质量之比为1836∶1.
(1)电子与氢核的初速度相同.
(2)电子与氢核的初动能相同.
3.一个电荷量为-q,质量为m的带电粒子,由静止进入一个电压为U1的加速电场加速后,又垂直进入一个电压为U2的偏转电场,经偏转电场偏转后打在荧光屏上,整个装置如图所示(不计粒子的重力).求:
(1)出偏转电场时的偏移距离y;
(2)出偏转电场时的偏转角θ;
(3)打在荧光屏上时的偏移距离Y.
