【文章內(nèi)容簡介】 ：電場的能量，能量守恒與轉(zhuǎn)換定律等。 （ 15）比較自能，互能，電位能，靜電能，電場能和電容器儲能？ 該題涉及下列知識點(diǎn)：上述各種能量的定義及能量守恒與轉(zhuǎn)化定律等。 第四部分 穩(wěn)恒電流 1. 知識點(diǎn) (1) 電流強(qiáng)度 (2) 電流密度矢量 (3) 電流連續(xù)方程 (4) 穩(wěn)恒條件 (5) 歐姆定律 (6) 電阻定律 (7) 焦耳定律 (8) 金屬導(dǎo)電的經(jīng)典微觀解釋 (9) 電動勢定義 (10) 基爾霍夫方程組 2. 討論要求 (1) 理解電流的穩(wěn)恒條件 (2) 牢記電流的連續(xù)方程 (3) 講清歐姆定律的微分形式 (4) 講清歐姆定律的積分形式 (5) 會使用導(dǎo)體的電阻定律計(jì)算各種倒替阻值 (6) 了解超導(dǎo)電性 (7) 了解金屬導(dǎo)電的經(jīng)典微觀機(jī)制 (8) 了解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的導(dǎo)電機(jī)制 (9) 了解什么叫非靜電力 ,列舉出幾種 (10) 講清電動勢的定義 (11) 講清基爾霍夫方程組的實(shí)質(zhì) (12) 講清基爾霍夫方程組的應(yīng)用及注意問題 3. 討論題目 思考題解 （ 1）圖所示的 A、 B、 C 三支電燈上面都寫著 120 伏特，而且功率相同， 當(dāng)把開關(guān) K 接通時，電燈 A和 B 有何變化？ 答：由于 A、 B、 C 三支電燈的標(biāo)稱電壓和標(biāo)稱功率相同， 所以它們的燈絲電阻阻值相等。當(dāng)開關(guān) K 斷開時，燈 A和 B 串聯(lián)，通過的電流相等，根據(jù) P=I2R 式可知 A和 B 獲得相同 的功率，兩燈一樣亮。當(dāng)開關(guān) K 接通時，燈 B 和 C 并聯(lián)，則 燈 A、 B、 C 的總電阻較 K 斷開時減小，由全電路歐姆定律知 總電流增大，即通過燈 A的電流較 K 斷開時大，故燈 A變亮， 通過燈 B 的電流只有通過等 A的電流的一半，且小于 K 斷開 時的電流，故燈 B 變暗。 此題涉及知識點(diǎn)：串、并聯(lián)性質(zhì)，功率 P=I2R 公式 ，全電路歐姆定律 （ 2）將電壓 U加在一根導(dǎo)線的兩端，設(shè)導(dǎo)線截面的直徑為 d,長度為 L。試分別討論下列情況對自由電子漂移速率的影響： ① U 增至 2 倍； ② L 增至 2 倍； ③ d 增至 2 倍。 答：導(dǎo)體中自由電子的漂移速率是 u=nej =ne1 SI (A) 式中 n 是導(dǎo)體中自由電子的數(shù)密度， e 為一個電子的電量， j 是電流密度， I則為電流強(qiáng)度，S 是導(dǎo)體的橫截面積。 ① 當(dāng) L、 S 不變， U 增至 2 倍時，由 U=IR 知 I 也增至 2 倍，故從（ A）式得到 u 也增至 2倍。 ② 當(dāng) S、 U 不變， L 增至 2 倍時，由電阻定律 R=ρ SL 知 R 增至 2 倍，再由 U=IR 得 I 減小到原來的 21 ，故 u 減小到原來的 21 。 ③ 當(dāng) U、 L不變， S 增至 2倍時，由電阻定律得 R 減小到原來的 21 ，從而 I 增至 2倍，于是得到 u 保持不變的結(jié)論。 此題涉及知識點(diǎn)：自由電子 漂移速率公式 u= nei = ne1 SI 、阻定律公式 R （ 3）一銅導(dǎo)線為涂以銀層，當(dāng)兩端加上電壓后，在銅線和銀層中的電場強(qiáng)度是否相同？電流密度是否相同？電流強(qiáng)度是否相同？ 答：設(shè)銅線材料均勻橫截面均勻，銀層的材料和厚度也均勻。由于加在兩者上的電壓相同，兩者的長度又相等，故銅線和銀層的場強(qiáng) E 相同。由于銅線和銀層的電導(dǎo)率 σ 不同，根據(jù) j=σ E知，它們中的電流密度 j 不相同。電流強(qiáng)度 I= sd? ?s j，銅線和銀層的 j 不同但相差不太大，而它們的橫截面積一般相差較大，所以通過兩者的電流強(qiáng)度，一般說來是不相同的。 此題涉及知識點(diǎn)：電流強(qiáng)度 I= sd? ?s j，電流密度概念，電場強(qiáng)度概念，歐姆定律的微120 伏 B N M AA C K 分形式 j=σ E。 （ 4）電熱絲與保險絲應(yīng)該有什么顯著的特征？ 答：它們共同的顯著特征是電阻值較大；不同的顯著他正是，電熱絲的熔點(diǎn)高，而保險絲的熔點(diǎn)較低。 （ 5）燈泡的燈絲燒斷以后，重新接上，燈泡比原來亮些，這是為什么？ 答：燈泡絲燒斷重 新接上后，燈絲的長度 L比原來小些，根據(jù)電阻定律 R=ρSL，這是燈泡的電阻 R 也比原來小些。因?yàn)榧釉跓襞萆系碾妷?U沒有改變，由功率公式 RUP 2? 知，R 減小 P 便增大，所以這時燈泡的實(shí)際功率大于原來的標(biāo)稱功率，從而比原來亮些。 此題涉及知識點(diǎn)：電阻定律 R=ρ SL ，功率公式 RUP 2? 。 (6)電源所起的作用與靜電場有何不同 ?電源中存在的電場與靜電場有何不同 ? 答：在電路中電源的作用是，迫使正電荷經(jīng)過電源內(nèi)部由低電位的電源負(fù)極移動到高電位的電源正極，使兩極間維持一電位差。而靜電場的餓作用為，在外電路中把正電荷由高電位的地方移動到低電位的地方，起推動電流的作用；在電源內(nèi)部正好相反，靜電場起的是抵制電流的作用。 電源中存在的電場有兩種： 非靜電起源的場； 穩(wěn)恒場。把這兩種場與靜電場比較，靜電場由靜止電荷所激發(fā)，它不隨時間的變化而變化。非靜電場不由靜止電荷產(chǎn)生，它的大小決定于單位正電荷所受的非靜電力，q非FE?。當(dāng)然電源種類不 同， 非F 的起因也不同。穩(wěn)恒電場與靜電場有相同之處，即是它們都不隨時間的變化而變化，并且都是位場。但穩(wěn)恒電場由分布不隨是變化的電荷產(chǎn)生，電荷本身卻在移動。 （ 7）電動勢與電位差之間有什么區(qū)別？ 答：靜電場或穩(wěn)恒電場中 a、 b 兩點(diǎn)間的電位差定義為 abU ? ?? ba lE d，它表示單位正電荷從 a 點(diǎn)沿任意路徑到達(dá) b點(diǎn)時，電場力所作的功。它是描寫電場本身性質(zhì)的物理量，當(dāng)產(chǎn)生電場的電荷分布一定時，電場恒定， a、 b 兩 點(diǎn)的電位差就隨之而定，與試驗(yàn)電荷和 O電位點(diǎn)的選取都無關(guān)系。電動勢則定義為 ? = lK d)( ????電源內(nèi)，它表示把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時，非靜電力所作的功。它反映電源中非靜電力作功的本領(lǐng)。它是描寫電源本身性質(zhì)的一個物理量，電源一定， ? 就一定，與外電路的性質(zhì)以及是否接同都沒有關(guān)系?？梢?，無論從起因、 定義、物理意義看電動勢與電位差都不相同，它們是連個完全不同的概念，不能混淆。 此題涉及知識點(diǎn)：電位差定義式 abU ? ?? ba lE d，電動勢定義式 ? = lK d)( ????電源內(nèi)。 （ 8）有兩個相同的電源和兩個相同的電阻，如圖 a 所示電路連接起來，電路中是否有電流？ a、 b 兩點(diǎn)是否有電壓？若將它們按 b 所示電路連接起來，電路中是否有電流？ a、 b兩點(diǎn)是否有電壓？解釋所有的結(jié)論。 a) b) 答：在圖 a 中，因 I 0)(2 ???? Rr ??，故電路中無電流。由于電路中無電流，故每個 R電阻兩端的電壓為零，即電池負(fù)極與 b 點(diǎn)等電位， a 為與電流正極等帶難為。因此電池兩端的電位差 ? ，即為 a、 b 兩點(diǎn)間的電壓。故 a、 b 兩端有電壓存在。 在圖 b中， I 022 ?????? RrRr ??? ，故有電流存在。若設(shè) b點(diǎn)電位為 bU =0，則a 點(diǎn)電位 ? ? 0????? rRRrUa ??， a， b 兩點(diǎn)間電壓為 000 ????? baab UUU ，故此種情況下 a,b 兩點(diǎn)間無電壓。 此題涉及知識點(diǎn)：全電路歐姆定律，一段含源電路歐姆定律。 （ 9）如圖所示電位差計(jì)的電路中，若電源 ? 和待測電源 x? 的電動勢分別為 2 伏和 伏 , ABR =10 伏 ,為了使滑動頭 C 在 AB 上能找到 平衡點(diǎn) ,對 R 的阻值有什么限制 ? 答 :為了找到平衡點(diǎn) ,必須是 xABAB IRU ??? ,即 I ??? ABxR? (1) 由全電路歐姆定律得 I102???? RRR AB?(安 ) (2) 由 (1)、（ 2）兩式可知 ??R ， 故 R? (歐 )。 即可變電阻 R 的阻值必須小于或等于 歐才能找到平衡點(diǎn)。 此題涉及知識點(diǎn)：平衡點(diǎn)，歐姆定律公式 IRU? ，全電路歐姆定律公式 I=iR? 。 (10)將伏特計(jì)連接在電池的兩極上，那么：（ 1）什么時候它測得的是電池的電動勢？什么時候它測得的是路端電壓？（ 2）如果電池連者外電路，外電路中還連著安培計(jì)，那么，R R b a ? r ? r b a r ? r ? R R ε R A B R C R εx r R G 當(dāng)外電阻增大（或減?。r，伏特計(jì)的示數(shù)怎樣變化？安培計(jì)的示數(shù)怎樣變化？應(yīng)用公式IRU? 能否得出肯定的答案？ 答：（ 1）斷路時伏特計(jì)測得的值可近似地作為電池的電動勢。電池與外電路連接時，伏特計(jì)測得的是路端電壓。 （ 2）外電阻增大時，伏特計(jì)的示數(shù)增大，安培計(jì)的示數(shù)減小；外電阻減小時，伏特計(jì)的示數(shù)減小，安培計(jì)的示數(shù)增大。由全電路歐姆定律rRI ?? ?可知，當(dāng)外電阻 R 增大時，電流強(qiáng)度 I 的值變小，因而量度電流強(qiáng)度的安培計(jì)的示數(shù)變小，再由路端電壓lrU ??? 可知， I值變小，則電池內(nèi)部電位降落 Ir也減小，所以路端電壓 U 變大，因而量度路端電壓的伏特計(jì)的示數(shù)變大。同理推知，當(dāng)外電阻 R減小時，電流強(qiáng)度增大，路端電壓減小。 簡單地應(yīng)用公式 IRU? 不能得出肯定的結(jié)論。因?yàn)?R 增大時， I 減小，但它們的乘積較原來的大或小，不得而知。如上所述，結(jié)合全電路歐姆定律 rRI ?? ? ，應(yīng)用 IRU? 式就可以得出肯定的正確結(jié)論。 （ 11）用小木梳同羊毛在一起摩擦，是有可能產(chǎn)生 10， 000伏特的電位差的。為什么這個高電壓并不危險，而由普通電機(jī)所提供給的電壓遠(yuǎn)比這個電壓為低，反而很危險？ 答：我們知道，當(dāng)通過人體的電流大于 50 毫安時，就有生命危險。木梳與羊毛之間的電壓雖然可以高達(dá)萬伏，但在人體與它們接近的過程中，由于靜電感應(yīng)人體上出現(xiàn)感生電荷，在人體靠近木梳與羊毛的部分跟木梳、羊毛之間，發(fā)生火花放電，木梳、羊毛上本來就不多的電荷很快放掉，而又得不到補(bǔ)充，它們之間的電壓便急劇下降。當(dāng)人體與它們接觸時，上面的電荷已經(jīng)很少，它們之間的電壓很低，于是通過人體的電流就很小。實(shí)際上這個電流是在極短時間內(nèi) 的瞬時電流，能量很小，所以不會有什么危險。而普通電機(jī)提供的電壓雖然只有幾百伏，但人體接觸這個電壓時，便與電機(jī)構(gòu)成一通路，電機(jī)的內(nèi)阻小，通過的人體電路甚大，功率也大，而且這個電流是持續(xù)的，所以很危險。 第五部分 穩(wěn)恒磁場 1．知識點(diǎn) （ 1） 基本磁現(xiàn)象 （ 2） 磁場的基本性 （ 3） 安培分子環(huán)流假說 （ 4） 安培定律 （ 5） “安培”的定義 （ 6） 磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量 B （ 7） 磁感應(yīng)線 （ 8） 畢奧 — 薩伐爾定律 （ 9） 載流直導(dǎo)線的磁場 （ 10） 載流圓線圈軸線上的磁場 （ 11） 載流螺線管中磁場 （ 12） 磁場的“高斯公式” （ 13） 安培環(huán)路定理 （ 14） 安培環(huán)路定理的幾個應(yīng)用 （ 15） 安培及安培公 式 （ 16） 磁矩和磁力矩 （ 17） 洛侖茲力 （ 18） 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 （ 19） 回旋加速器基本原理 （ 20） 霍耳效應(yīng) 2 討論要求 （ 1） 簡單介紹磁學(xué)發(fā)展史及我國古代對磁學(xué)的貢獻(xiàn) （ 2） 將磁場與靜電場的相關(guān)概念做比較 （ 3） 深刻理解畢奧 — 薩伐爾定律的內(nèi)容 （ 4） 牢記幾種典型載流導(dǎo)體的磁場及載流線圈的磁矩 （ 5） 講清磁場高斯定理的內(nèi)涵與外延 （ 6） 給出高斯定理的微分形式 （ 7） 簡介磁單極的探索 （ 8） 講清安培環(huán)路定理的內(nèi)涵與外延 （ 9） 通過實(shí)例介紹應(yīng)用安培環(huán)路定理求解磁場的條件、方法及常用的幾種情況 （ 10） 講清正、負(fù)電荷受洛侖茲力的異同及判別方法，應(yīng)主要介紹矢量叉乘法 （ 11） 講清圓周運(yùn)動的半徑與速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度 及荷質(zhì)比的關(guān)系 （ 12） 講清圓周運(yùn)動的周期與半徑、速度無關(guān) （ 13） 竟請螺旋運(yùn)動的成因及正、負(fù)電荷的回旋方向，介紹利用帶電粒子的螺旋運(yùn)動設(shè)計(jì)測量粒子速度的方法 （ 14） 講清霍耳效應(yīng)的成因，介紹其應(yīng)用 （ 15） 竟請安培力的計(jì)算、方向的判斷方法及微觀機(jī)制 （ 16） 講清載流線圈在磁場中的運(yùn)動規(guī)律，介紹穩(wěn)定平衡與非穩(wěn)定平衡的概念 3．討論題目： (1)、試探電流元 Idl 在磁場中某處沿直角坐標(biāo)系的 x 軸方向放置時不受力 ,把這電流元轉(zhuǎn)到+y 軸方向時受到的力沿 y 軸方向 ,此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 指向何方 ? 該題用安培力公式 dF=Idl ? B,特別是二矢量的差乘方法 (2)、在一個可視為無窮長密繞的載流螺線管外面環(huán)繞一周 ,環(huán)路積分 ?LBdl? 等于多少 ? 此題涉及知識點(diǎn) :安培環(huán)路定理 . 此題涉及知識點(diǎn)：安培環(huán)路定理。 （ 3）、指出下圖中各情形里帶電粒子受力的方向 . 此題涉及知識點(diǎn)：用