[答案]①,②如圖所示,③W,R=5歐,④求出電動勢和內(nèi)阻 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

(2013山東青島二中測試)一交流電流的圖象如圖所示,由圖可知(  )

   A.用電流表測該電流其示數(shù)為14.1 A

   B.該交流電流的頻率為50Hz

   C.該交流電流通過10Ω電阻時,電阻消耗的電功率為1000 W

   D.該交流電流瞬時值表達(dá)式為i=14.1sin628t A

【答案】CD

【解析】根據(jù)圖像知交流電的有效值為10A,則電流表示數(shù)為有效值10 A,A項錯;周期T=0.01s,頻率為100Hz,B項錯;通過10Ω的電阻,電功率W,C項正確;瞬時值表達(dá)式為A=14.1sin628t A,D項正確。

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(2013山東青島二中測試)一矩形線圈,在勻強磁場中繞垂直磁感線的對稱軸轉(zhuǎn)動,形成如圖所示的交變電動勢圖象,根據(jù)圖象提供的信息,以下說法正確的是  (  )

   A.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為rad/s

   B.電動勢的有效值14.1V

   C.t = 1.0×10?2s時,線圈平面和磁場方向的夾角30°

   D.t = 1.5×10?2s時,穿過線圈平面的磁通量最大

【答案】ABC

【解析】角速度rad/s,A項正確;電動勢的有效值V,B項正確;電動勢的瞬時值(V),將t = 1.0×10?2s代入該式,解得,這是線圈從中性面開始轉(zhuǎn)過的夾角,故線圈平面和磁場方向的夾角30°,C項正確;t = 1.5×10?2s時,線圈平面與磁場平行,磁通量最小,D項錯。

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在測定電阻的實驗中,比較簡便、直觀的方法有半偏法、替代法等:
【小題1】.在測定電流表內(nèi)阻Rg的實驗中,使用如圖甲所示的電路,當(dāng)S2斷開,S1閉合,且R1調(diào)到9900Ω時,電流表的指針轉(zhuǎn)到滿偏0.2mA,再閉合S2,將R2調(diào)到90Ω時,電流表指針恰好指在一半刻度,則電流表的內(nèi)阻Rg=   ②   Ω,此值較Rg的真實值   ③  (填偏大、偏小或相等).

【小題2】在用替代法測電阻的實驗中,測量電路如乙圖所示,圖中R是滑動變阻器,Rs是電阻箱,Rx是待測高阻值電阻,S2是單刀雙置開關(guān),G是電流表。實驗按以下步驟進(jìn)行,并將正確答案填在圖中橫線上。
①.調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動片P將R電阻值調(diào)至最大,閉合開關(guān)S1,將開關(guān)S2撥向位置“1”,調(diào)節(jié)P的位置,使電流表指示某一合適的刻度I;
②.再將開關(guān)S2撥向位置“2”,保持   ④ 位置不變,調(diào)節(jié)   ⑤ ,使電流表指示的刻度仍為I,讀出電阻箱Rs值,則Rx =Rs。

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第十部分 磁場

第一講 基本知識介紹

《磁場》部分在奧賽考剛中的考點很少,和高考要求的區(qū)別不是很大,只是在兩處有深化:a、電流的磁場引進(jìn)定量計算;b、對帶電粒子在復(fù)合場中的運動進(jìn)行了更深入的分析。

一、磁場與安培力

1、磁場

a、永磁體、電流磁場→磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

b、磁感強度、磁通量

c、穩(wěn)恒電流的磁場

*畢奧-薩伐爾定律(Biot-Savart law):對于電流強度為I 、長度為dI的導(dǎo)體元段,在距離為r的點激發(fā)的“元磁感應(yīng)強度”為dB 。矢量式d= k,(d表示導(dǎo)體元段的方向沿電流的方向、為導(dǎo)體元段到考查點的方向矢量);或用大小關(guān)系式dB = k結(jié)合安培定則尋求方向亦可。其中 k = 1.0×10?7N/A2 。應(yīng)用畢薩定律再結(jié)合矢量疊加原理,可以求解任何形狀導(dǎo)線在任何位置激發(fā)的磁感強度。

畢薩定律應(yīng)用在“無限長”直導(dǎo)線的結(jié)論:B = 2k ;

*畢薩定律應(yīng)用在環(huán)形電流垂直中心軸線上的結(jié)論:B = 2πkI ;

*畢薩定律應(yīng)用在“無限長”螺線管內(nèi)部的結(jié)論:B = 2πknI 。其中n為單位長度螺線管的匝數(shù)。

2、安培力

a、對直導(dǎo)體,矢量式為 = I;或表達(dá)為大小關(guān)系式 F = BILsinθ再結(jié)合“左手定則”解決方向問題(θ為B與L的夾角)。

b、彎曲導(dǎo)體的安培力

⑴整體合力

折線導(dǎo)體所受安培力的合力等于連接始末端連線導(dǎo)體(電流不變)的的安培力。

證明:參照圖9-1,令MN段導(dǎo)體的安培力F1與NO段導(dǎo)體的安培力F2的合力為F,則F的大小為

F = 

  = BI

  = BI

關(guān)于F的方向,由于ΔFF2P∽ΔMNO,可以證明圖9-1中的兩個灰色三角形相似,這也就證明了F是垂直MO的,再由于ΔPMO是等腰三角形(這個證明很容易),故F在MO上的垂足就是MO的中點了。

證畢。

由于連續(xù)彎曲的導(dǎo)體可以看成是無窮多元段直線導(dǎo)體的折合,所以,關(guān)于折線導(dǎo)體整體合力的結(jié)論也適用于彎曲導(dǎo)體。(說明:這個結(jié)論只適用于勻強磁場。)

⑵導(dǎo)體的內(nèi)張力

彎曲導(dǎo)體在平衡或加速的情形下,均會出現(xiàn)內(nèi)張力,具體分析時,可將導(dǎo)體在被考查點切斷,再將被切斷的某一部分隔離,列平衡方程或動力學(xué)方程求解。

c、勻強磁場對線圈的轉(zhuǎn)矩

如圖9-2所示,當(dāng)一個矩形線圈(線圈面積為S、通以恒定電流I)放入勻強磁場中,且磁場B的方向平行線圈平面時,線圈受安培力將轉(zhuǎn)動(并自動選擇垂直B的中心軸OO′,因為質(zhì)心無加速度),此瞬時的力矩為

M = BIS

幾種情形的討論——

⑴增加匝數(shù)至N ,則 M = NBIS ;

⑵轉(zhuǎn)軸平移,結(jié)論不變(證明從略);

⑶線圈形狀改變,結(jié)論不變(證明從略);

*⑷磁場平行線圈平面相對原磁場方向旋轉(zhuǎn)α角,則M = BIScosα ,如圖9-3;

證明:當(dāng)α = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有垂直轉(zhuǎn)軸的的分量Bcosα才能產(chǎn)生力矩…

⑸磁場B垂直O(jiān)O′軸相對線圈平面旋轉(zhuǎn)β角,則M = BIScosβ ,如圖9-4。

證明:當(dāng)β = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有平行線圈平面的的分量Bcosβ才能產(chǎn)生力矩…

說明:在默認(rèn)的情況下,討論線圈的轉(zhuǎn)矩時,認(rèn)為線圈的轉(zhuǎn)軸垂直磁場。如果沒有人為設(shè)定,而是讓安培力自行選定轉(zhuǎn)軸,這時的力矩稱為力偶矩。

二、洛侖茲力

1、概念與規(guī)律

a、 = q,或展開為f = qvBsinθ再結(jié)合左、右手定則確定方向(其中θ為的夾角)。安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。

b、能量性質(zhì)

由于總垂直確定的平面,故總垂直 ,只能起到改變速度方向的作用。結(jié)論:洛侖茲力可對帶電粒子形成沖量,卻不可能做功;颍郝鍋銎澚墒箮щ娏W拥膭恿堪l(fā)生改變卻不能使其動能發(fā)生改變。

問題:安培力可以做功,為什么洛侖茲力不能做功?

解說:應(yīng)該注意“安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)”這句話的確切含義——“宏觀體現(xiàn)”和“完全相等”是有區(qū)別的。我們可以分兩種情形看這個問題:(1)導(dǎo)體靜止時,所有粒子的洛侖茲力的合力等于安培力(這個證明從略);(2)導(dǎo)體運動時,粒子參與的是沿導(dǎo)體棒的運動v1和導(dǎo)體運動v2的合運動,其合速度為v ,這時的洛侖茲力f垂直v而安培力垂直導(dǎo)體棒,它們是不可能相等的,只能說安培力是洛侖茲力的分力f1 = qv1B的合力(見圖9-5)。

很顯然,f1的合力(安培力)做正功,而f不做功(或者說f1的正功和f2的負(fù)功的代數(shù)和為零)。(事實上,由于電子定向移動速率v1在10?5m/s數(shù)量級,而v2一般都在10?2m/s數(shù)量級以上,致使f1只是f的一個極小分量。)

☆如果從能量的角度看這個問題,當(dāng)導(dǎo)體棒放在光滑的導(dǎo)軌上時(參看圖9-6),導(dǎo)體棒必獲得動能,這個動能是怎么轉(zhuǎn)化來的呢?

若先將導(dǎo)體棒卡住,回路中形成穩(wěn)恒的電流,電流的功轉(zhuǎn)化為回路的焦耳熱。而將導(dǎo)體棒釋放后,導(dǎo)體棒受安培力加速,將形成感應(yīng)電動勢(反電動勢)。動力學(xué)分析可知,導(dǎo)體棒的最后穩(wěn)定狀態(tài)是勻速運動(感應(yīng)電動勢等于電源電動勢,回路電流為零)。由于達(dá)到穩(wěn)定速度前的回路電流是逐漸減小的,故在相同時間內(nèi)發(fā)的焦耳熱將比導(dǎo)體棒被卡住時少。所以,導(dǎo)體棒動能的增加是以回路焦耳熱的減少為代價的。

2、僅受洛侖茲力的帶電粒子運動

a、時,勻速圓周運動,半徑r =  ,周期T = 

b、成一般夾角θ時,做等螺距螺旋運動,半徑r =  ,螺距d = 

這個結(jié)論的證明一般是將分解…(過程從略)。

☆但也有一個問題,如果將分解(成垂直速度分量B2和平行速度分量B1 ,如圖9-7所示),粒子的運動情形似乎就不一樣了——在垂直B2的平面內(nèi)做圓周運動?

其實,在圖9-7中,B1平行v只是一種暫時的現(xiàn)象,一旦受B2的洛侖茲力作用,v改變方向后就不再平行B1了。當(dāng)B1施加了洛侖茲力后,粒子的“圓周運動”就無法達(dá)成了。(而在分解v的處理中,這種局面是不會出現(xiàn)的。)

3、磁聚焦

a、結(jié)構(gòu):見圖9-8,K和G分別為陰極和控制極,A為陽極加共軸限制膜片,螺線管提供勻強磁場。

b、原理:由于控制極和共軸膜片的存在,電子進(jìn)磁場的發(fā)散角極小,即速度和磁場的夾角θ極小,各粒子做螺旋運動時可以認(rèn)為螺距彼此相等(半徑可以不等),故所有粒子會“聚焦”在熒光屏上的P點。

4、回旋加速器

a、結(jié)構(gòu)&原理(注意加速時間應(yīng)忽略)

b、磁場與交變電場頻率的關(guān)系

因回旋周期T和交變電場周期T′必相等,故 =

c、最大速度 vmax = = 2πRf

5、質(zhì)譜儀

速度選擇器&粒子圓周運動,和高考要求相同。

第二講 典型例題解析

一、磁場與安培力的計算

【例題1】兩根無限長的平行直導(dǎo)線a、b相距40cm,通過電流的大小都是3.0A,方向相反。試求位于兩根導(dǎo)線之間且在兩導(dǎo)線所在平面內(nèi)的、與a導(dǎo)線相距10cm的P點的磁感強度。

【解說】這是一個關(guān)于畢薩定律的簡單應(yīng)用。解題過程從略。

【答案】大小為8.0×10?6T ,方向在圖9-9中垂直紙面向外。

【例題2】半徑為R ,通有電流I的圓形線圈,放在磁感強度大小為B 、方向垂直線圈平面的勻強磁場中,求由于安培力而引起的線圈內(nèi)張力。

【解說】本題有兩種解法。

方法一:隔離一小段弧,對應(yīng)圓心角θ ,則弧長L = θR 。因為θ 

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第七部分 熱學(xué)

熱學(xué)知識在奧賽中的要求不以深度見長,但知識點卻非常地多(考綱中羅列的知識點幾乎和整個力學(xué)——前五部分——的知識點數(shù)目相等)。而且,由于高考要求對熱學(xué)的要求逐年降低(本屆尤其低得“離譜”,連理想氣體狀態(tài)方程都沒有了),這就客觀上給奧賽培訓(xùn)增加了負(fù)擔(dān)。因此,本部分只能采新授課的培訓(xùn)模式,將知識點和例題講解及時地結(jié)合,爭取讓學(xué)員學(xué)一點,就領(lǐng)會一點、鞏固一點,然后再層疊式地往前推進(jìn)。

一、分子動理論

1、物質(zhì)是由大量分子組成的(注意分子體積和分子所占據(jù)空間的區(qū)別)

對于分子(單原子分子)間距的計算,氣體和液體可直接用,對固體,則與分子的空間排列(晶體的點陣)有關(guān)。

【例題1】如圖6-1所示,食鹽(NaCl)的晶體是由鈉離子(圖中的白色圓點表示)和氯離子(圖中的黑色圓點表示)組成的,離子鍵兩兩垂直且鍵長相等。已知食鹽的摩爾質(zhì)量為58.5×10-3kg/mol,密度為2.2×103kg/m3,阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1,求食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心之間的距離。

【解說】題意所求即圖中任意一個小立方塊的變長(設(shè)為a)的倍,所以求a成為本題的焦點。

由于一摩爾的氯化鈉含有NA個氯化鈉分子,事實上也含有2NA個鈉離子(或氯離子),所以每個鈉離子占據(jù)空間為 v = 

而由圖不難看出,一個離子占據(jù)的空間就是小立方體的體積a3 ,

即 a3 =  = ,最后,鄰近鈉離子之間的距離l = a

【答案】3.97×10-10m 。

〖思考〗本題還有沒有其它思路?

〖答案〗每個離子都被八個小立方體均分,故一個小立方體含有×8個離子 = 分子,所以…(此法普遍適用于空間點陣比較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。)

2、物質(zhì)內(nèi)的分子永不停息地作無規(guī)則運動

固體分子在平衡位置附近做微小振動(振幅數(shù)量級為0.1),少數(shù)可以脫離平衡位置運動。液體分子的運動則可以用“長時間的定居(振動)和短時間的遷移”來概括,這是由于液體分子間距較固體大的結(jié)果。氣體分子基本“居無定所”,不停地遷移(常溫下,速率數(shù)量級為102m/s)。

無論是振動還是遷移,都具備兩個特點:a、偶然無序(雜亂無章)和統(tǒng)計有序(分子數(shù)比率和速率對應(yīng)一定的規(guī)律——如麥克斯韋速率分布函數(shù),如圖6-2所示);b、劇烈程度和溫度相關(guān)。

氣體分子的三種速率。最可幾速率vP :f(v) = (其中ΔN表示v到v +Δv內(nèi)分子數(shù),N表示分子總數(shù))極大時的速率,vP == ;平均速率:所有分子速率的算術(shù)平均值, ==;方均根速率:與分子平均動能密切相關(guān)的一個速率,==〔其中R為普適氣體恒量,R = 8.31J/(mol.K)。k為玻耳茲曼常量,k =  = 1.38×10-23J/K 〕

【例題2】證明理想氣體的壓強P = n,其中n為分子數(shù)密度,為氣體分子平均動能。

【證明】氣體的壓強即單位面積容器壁所承受的分子的撞擊力,這里可以設(shè)理想氣體被封閉在一個邊長為a的立方體容器中,如圖6-3所示。

考查yoz平面的一個容器壁,P =            ①

設(shè)想在Δt時間內(nèi),有Nx個分子(設(shè)質(zhì)量為m)沿x方向以恒定的速率vx碰撞該容器壁,且碰后原速率彈回,則根據(jù)動量定理,容器壁承受的壓力

 F ==                            ②

在氣體的實際狀況中,如何尋求Nx和vx呢?

考查某一個分子的運動,設(shè)它的速度為v ,它沿x、y、z三個方向分解后,滿足

v2 =  +  + 

分子運動雖然是雜亂無章的,但仍具有“偶然無序和統(tǒng)計有序”的規(guī)律,即

 =  +  +  = 3                    ③

這就解決了vx的問題。另外,從速度的分解不難理解,每一個分子都有機會均等的碰撞3個容器壁的可能。設(shè)Δt = ,則

 Nx = ·3N = na3                         ④

注意,這里的是指有6個容器壁需要碰撞,而它們被碰的幾率是均等的。

結(jié)合①②③④式不難證明題設(shè)結(jié)論。

〖思考〗此題有沒有更簡便的處理方法?

〖答案〗有!懊睢彼蟹肿右韵嗤乃俾蕍沿+x、?x、+y、?y、+z、?z這6個方向運動(這樣造成的宏觀效果和“雜亂無章”地運動時是一樣的),則 Nx =N = na3 ;而且vx = v

所以,P =  = ==nm = n

3、分子間存在相互作用力(注意分子斥力和氣體分子碰撞作用力的區(qū)別),而且引力和斥力同時存在,宏觀上感受到的是其合效果。

分子力是保守力,分子間距改變時,分子力做的功可以用分子勢能的變化表示,分子勢能EP隨分子間距的變化關(guān)系如圖6-4所示。

分子勢能和動能的總和稱為物體的內(nèi)能。

二、熱現(xiàn)象和基本熱力學(xué)定律

1、平衡態(tài)、狀態(tài)參量

a、凡是與溫度有關(guān)的現(xiàn)象均稱為熱現(xiàn)象,熱學(xué)是研究熱現(xiàn)象的科學(xué)。熱學(xué)研究的對象都是有大量分子組成的宏觀物體,通稱為熱力學(xué)系統(tǒng)(簡稱系統(tǒng))。當(dāng)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時間變化時,這樣的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。

b、系統(tǒng)處于平衡態(tài)時,所有宏觀量都具有確定的值,這些確定的值稱為狀態(tài)參量(描述氣體的狀態(tài)參量就是P、V和T)。

c、熱力學(xué)第零定律(溫度存在定律):若兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個系統(tǒng)都和第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài),那么,這兩個熱力學(xué)系統(tǒng)也必定處于熱平衡。這個定律反映出:處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀特征,這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù),這個狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。

2、溫度

a、溫度即物體的冷熱程度,溫度的數(shù)值表示法稱為溫標(biāo)。典型的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)t、華氏溫標(biāo)F(F = t + 32)和熱力學(xué)溫標(biāo)T(T = t + 273.15)。

b、(理想)氣體溫度的微觀解釋: = kT (i為分子的自由度 = 平動自由度t + 轉(zhuǎn)動自由度r + 振動自由度s 。對單原子分子i = 3 ,“剛性”〈忽略振動,s = 0,但r = 2〉雙原子分子i = 5 。對于三個或三個以上的多原子分子,i = 6 。能量按自由度是均分的),所以說溫度是物質(zhì)分子平均動能的標(biāo)志。

c、熱力學(xué)第三定律:熱力學(xué)零度不可能達(dá)到。(結(jié)合分子動理論的觀點2和溫度的微觀解釋很好理解。)

3、熱力學(xué)過程

a、熱傳遞。熱傳遞有三種方式:傳導(dǎo)(對長L、橫截面積S的柱體,Q = K

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