【正文】 第三部分： 電 磁 （靜電平衡、電磁振蕩部分 2021 年高考不作要求） (一 ) 1. 2. 、點(diǎn)電荷和勻強(qiáng)電場場強(qiáng)的計(jì)算公式，正確領(lǐng)會磁力線的含義。 、電勢差、等勢面的概念，掌握勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系及電場力做 5. 6. (二 ) 1. 2. 3. 4. 5. (三 ) 1. 2. 場方向平行和垂直兩種情況下洛侖力方向的判定和大小的計(jì)算，掌握帶 (四 ) 1. (1)正確領(lǐng)會感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，熟練運(yùn)用右手定則和楞次定律判斷感應(yīng)電流及感應(yīng) (2) 2. (1)了解交流電的概念，理解表示交流電的各物理量的含義，并能準(zhǔn)確識別和使用它們。 (2) (3)理解變壓器的原理，能使用電 (4) (5)熟練掌握電磁振蕩的周期和頻率公式，并應(yīng)用公式分析、計(jì)算、討論有關(guān)的簡單問 (6)了解麥克斯韋電磁場理論的基本要點(diǎn)，掌握電磁波的形成和波速公式 V=λ f的應(yīng)用。 例 1 如右圖所示，在通有電流 I的無限長的直導(dǎo)線旁邊放有一導(dǎo)線 ab 與其平行，當(dāng)長直導(dǎo)線中向上的電流 I減小時，導(dǎo)線 ab兩端的電勢高低情況是： ( ) ＞ Ub =Ub ＜ Ub D. 【解析】 本題僅由無限長導(dǎo)線中電流 I減小的實(shí)際情況，從正面直接著手很難做出判斷，但我們可采用“等效法”加以考慮：因?yàn)殚L直導(dǎo)線中電流 I減小時，導(dǎo)線 ab所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減弱，所以我們完全可將電流 I減小，導(dǎo)線 ab不動的實(shí)際情形等效為電流 I不變，而導(dǎo)線 ab向右平動的情形，則本題由右手定則可立即做出 Ua＞ Ub的正確判斷，即本題答案為 (A) 例 2 如下圖左所示的電路，請畫出 S斷開與 S 【解析】 將 C C2看作斷路，如上圖右所示。 根據(jù)電流表的流向，可得 S斷開時與 S閉合時 例 3 如右圖所示，半徑為 r的半圓形金屬導(dǎo)線處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線圈所在的平面，試求導(dǎo)線在下列情況中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢： (1)導(dǎo)線在自身所在平面沿垂直于直徑 OO′的方向以速度 v向右勻速平 (2)導(dǎo)線從圖示位置起，繞直徑 OO 【解析】 (1)無法直接求出半圓形導(dǎo)線 OO′所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。我們可設(shè)想用一直導(dǎo)線將 OO′兩端連接起來構(gòu)成一閉合回路 (如圖 )，則在向右運(yùn)動過程中，回路的磁通量不發(fā)生變化，故整個回路中的感應(yīng) 電動勢ε =0,這表明直導(dǎo)線 OO′與半圓形導(dǎo)線切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，方向相反。而由ε 直 =2Brv,可知ε 圓 =2Brv (2)假設(shè)用直導(dǎo)線將 OO′連接形成閉合回路，使其以同樣的角速度ω繞 OO′勻速轉(zhuǎn)運(yùn)，由于直導(dǎo)線 OO′不切割磁力線，所以在產(chǎn)生應(yīng)電動勢這一點(diǎn)上，半圓形導(dǎo)線與閉合回路等效，由公式 e=BSω sinω t,又 S=21 π r2，所以半圓形導(dǎo)線中感應(yīng)電動勢 e=21 π r2Bω sinω。 例 4 右圖中 A和 B表 示在真空中相距為 d的兩平行金屬板加上電壓后，它們之間的電場可視為勻強(qiáng)電場；右邊表示一周期性的交變電壓的波形，橫坐標(biāo)代表時間 t，縱坐標(biāo)代表電壓 U，從 t=0開始，電壓為給定值 U0，經(jīng)過半個周期，突然變?yōu)?U0??。如此周期地交替變化。在 t=0時刻將上述交變電壓 U加在A、 B兩極上，求： (1)在 t=0 時刻，在 B 的小孔處無初速地釋放一電子，要想使這電子到達(dá) A板時的速度最大，則所加交變電壓的頻率最大不能超過多少 ? (2)在 t=0時刻，在 B的小孔處無初速地釋放一電子，要想使這電子到達(dá) A板時的速度最小 (零 )，則所加交變 電壓的頻率為多大 ? (3)在 t=?時刻釋放上述電子，在一個周期時間，該電子剛好回到出發(fā)點(diǎn) ?試說明理由并 (4)在什么時間范圍內(nèi)釋放上述電子，該電子不可能到達(dá) A板。 【解析】 電子運(yùn)動的 vt (1)要求電子到達(dá) A板的速度最大，要求在 t=2T時刻即速度達(dá)最大值 vm=mdeUT2時到達(dá) A板，位移為 s=21179。 mdeU0 179。 (2T)2=d，要求頻率 f不能超過208mdeU。 (2)要求電子到達(dá) A板的速度為零，要求在 t=T時刻到達(dá) A板，由 s=21 179。 mdeU0 179。 T2=d，要求頻率 f不能超過202mdeU。 (3)在 t=T/4時刻釋放電子，經(jīng)過一個周期，在 t=45T 時刻，電子剛回到出發(fā)點(diǎn)。條件時在半個周期即從 (4T ～ 43T )時間內(nèi)，電子的位移小于 d，條件是頻率 f≥216mdeU。 (4)在 4T ＜ t＜ T時間內(nèi)釋放電子，電子不可能到達(dá) A 板，其中在 2T ＜ t＜ T時間內(nèi)釋放電子，電子進(jìn)不了電場內(nèi)而被擋在 B板外面。 例 5 如右圖所示，固定在豎直平面內(nèi)的兩根平行金屬導(dǎo)軌的間距為 L，上端連一電容為 C 的電容器，其耐壓足夠大?？臻g有垂直于導(dǎo) 軌平面的勻強(qiáng)磁場，其磁感強(qiáng)度為 B。一根質(zhì)量為 m 的金屬桿 PP′水平地卡在導(dǎo)軌上，釋放后，此桿沿導(dǎo)軌無摩擦地下滑。經(jīng)過一段時間，到圖示時刻其下落速度為 v1。假定導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌、金屬桿和連接導(dǎo)線的電阻均可忽略。 試求：金屬板 PP′的速度從 v1變化到 v2的過程中，電容器吸收的能量△ E。 【解析】 測試學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決問題的能力，考查有關(guān) (1)桿 PP′因切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢ε，它是電容器的充電電壓。設(shè)此桿由時刻t到 t′的極短時間△ t內(nèi)，其速度由 v變?yōu)?v′，則在時間△ t △ q=q′ q=CBL(v′ v)=CBl△ v 因而，充電電流為 i= tq△△ = t vCBL△ △ =CBla 基中 a是桿在時刻 t的加速度。 (2)桿 PP′下落時，受到兩個力的作用；重力 G=mg，向下，安培力 f=BIL=CB2L2a，向上，由牛頓第二定律， mgCB2l2a=ma ∴ a=mlCBHg221?， a與時間無關(guān)，可見桿 PP (3)設(shè)重力克服安 培力做功為 Wf mg△ hWf=21m(v22v21) △ h為桿 PP′下落的高度，由運(yùn)動學(xué)公式，得 △ h=21(v22v21)/q ∴ Wf=mg21 (v22v21)/q21 m(v22v21) =21 m(v22v21)(qg 1) =21 m(v22v21)CB2L2 根據(jù)能量守恒定律，重力克服安培力做的功表現(xiàn)為充電流 i的能量，由于本電路各種電 △ E=21 m(v22v21)CB2l2。 例 6 一小型發(fā)電機(jī)輸出功率為 50kW，輸出電壓為 240V?，F(xiàn)用一臺升壓變壓器使其升壓，用戶處再用一臺降壓變壓器降到所需要的 220V，輸電線總電阻 30Ω，損失電功率為總功率的 6%，變壓器是理想的，求 這兩臺變壓器原副線圈的匝數(shù)比各是多少，并畫出送電電路簡圖。 【解析】 這是一個聯(lián)系實(shí)際的問題，通過此題可以了解遠(yuǎn)距離輸電的基本過程，加深對 輸電線的電阻一定，已知損失的功率就可以求出輸電電流，由輸送的功率和輸電電流可以求出輸電電壓，此電壓遠(yuǎn)高于發(fā)電機(jī)的輸出電壓，因此要用升壓變壓器升壓，變壓器的匝數(shù)比等于發(fā)電機(jī)輸出電壓與輸送電壓之比。輸電線上有電壓降，到用戶所在地的電壓等于輸 P′ =I2R=50179。 103179。 6%=3179。 103(W) I=RP39。=303000=10(A) U2=IP = 101050 3? =5179。 103(V) 升壓變壓器匝數(shù)比 21nn =21UU =5000240 =12516 到用戶所 在地電壓 U3=U2IR=5179。 10310179。 30=179。 103(V) 降壓變壓器匝數(shù)比 43nn =43UU = 2204700 = 11235 例 7 用伏安法測小燈泡 ( 3W)的功率與其中電流強(qiáng)度的關(guān)系，要求小燈泡兩端的電壓從零調(diào)整到 ，請將右圖所示的組件連接起 【解析】 由 、 3W可知，小燈泡的電阻為 Ω，電壓表