高中物理閉合電路的歐姆定律-資料下載頁

【導讀】并聯電路的特點及能量關系分析和解決直流電路問題是本部分學習的重、難點。內部到正極的方向為電源電動勢的方向。源電路、全電路。降U內=Ir，電流流過外電阻時的電壓降為U外=IR，由U外＋U內=E，得。比，即為閉合電路歐姆定律，適用條件是外電路為純電阻電路。當時，每個輸出功率對應2個可能的外電阻R1和R2，電容器當斷路處理，它兩端的電壓等于它并聯部分的電阻的兩端電壓。器的電阻R2變化范圍為0～4Ω。移動到使其有效電阻值R2′等于多少的位。例4、如圖所示，E=10V，C1=C2=30μF，R1=，R2=，電池內阻可忽略。例5、如圖所示的電路中R1、R2、R3和R4皆為定值電阻，R5為可變電阻，電壓即電壓表的示數將減小。的電流I2=U并/R2減小。表的示數也應相應減小。即滑動變阻器的滑動片應向右滑動到R2′等于3Ω處.同樣若減小R2，則燈泡變暗。流過R1的電量為：Q=C1E＋C2E－Q1=2×30×10－6×10C－×

　　

【正文】 與其電荷量 Q 和電壓 U 無關 . ② 公式 是平行板電容器的決定式，只適用于平行板電容器 . 第 29 頁 共 36 頁 平行板電容器的動態分析 充電后平行板電容器兩極板間形成的電場，可認為是勻強電場，由于某種原因使電容 C 發生了改變，就 會導致電容器的電荷量 Q，兩板間電壓 U，勻強電場的場強 E發生相應的變化，這類問題常見于兩種情況： (1)電容器一直與電源相連接 .此時電容器兩極板間電勢差 U 保持不變 . (2)電容器充電后與電源斷開 .此時電容器所帶的電荷量 Q 保持不變 . 分析的基本思路是： 帶電粒子在電場中加速 帶電粒子進入電場中加速，若不計粒子重力，根據動能定理，有 當初速度 v0=0 時，末速度 v 的大小只與帶電粒子的荷質比 和加速電壓 U 有關，而與粒子在電場中的位移無關 . 帶電粒子在電場中的偏轉 帶電粒子沿垂直勻強電場的場強方向進入電場后，做類平拋運動，如圖所示，設粒子的電荷量為 q，質量為 m，初速度為 v0，兩平行金屬板間電壓為 U，板長為 L，板間距離為 d，則平行于板方向的分運動是勻速直線運動， L=v0t 垂直于板方向的分運動是初速為零的勻加速直線運動 所 以 ， 側 移 距 離 偏轉角 θ 滿足 示波管的原理 (1)結構：示波管是由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成的，管內抽成真空 . (2)原理：如果在偏轉電極 XX′上加上掃描電壓，同時在偏轉電極 YY′上加上所要研究的信號電壓，若其周期與掃描電壓的周期相同，在熒光屏上就顯示出信號電壓隨時間變化的圖線 . 帶電粒子在勻強電場中的運動 帶電粒子在勻強電場中的運動有兩類問題：一是運動和力的關系問題，常用牛頓第二定律結合運動學公式去分析解決；二是運動過程中的能量轉化問題，常用動能定理或能量守恒定律去分 析解決 . (1)在交變電場中的運動 第 30 頁 共 36 頁 ① 在交變電場中做直線運動 .粒子進入電場時的速度方向 (或初速為零 )跟電場力方向平行，在交變電場力作用下，做加速、減速交替變化的直線運動，通常運用牛頓運動定律和運動學公式分析求解 . ② 在交變電場中的偏轉，粒子進入電場時的速度方向跟電場力方向垂直，若粒子在電場中運動的時間遠小于交變電場的周期，可近似認為粒子在通過電場的過程中電場力不變，而做類平拋運動 . (2)在勻強電場與重力場的復合場中運動 處理復合場有關問題的方法常有兩種： ① 正交分解法：將復雜的運 動分解為兩個相互正交的簡單直線運動，分別去研究這兩個分運動的規律，然后運用運動合成的知識去求解復雜運動的有關物理量 . ② 等效法：由于帶電微粒在勻強電場中所受到的電場力和重力都是恒力，因此，可將電場力 F 和重力 G 進行合成如圖所示，這樣復合場就等效為一個簡單場，將其合力 F 合與重力場的重力類比，然后利用力學規律和方法進行分析和解答 . 典型例題 例 如圖所示，電子在電勢差為 U1 的加速電場中由靜止開始運動，然后射入電勢差為 U2 的兩塊平行極板間的電場中 .在滿足電子能射出平行板區的條件下，下述四種情況下，一定能使 電子的偏轉角 θ變大的是（ ） A． U1 變大， U2 變大 B． U1 變小， U2 變大 C． U1 變大， U2 變小 D． U1 變小， U2 變小 例 如圖所示，質量為 m、電荷量為－ q 的粒子 (重力不計 )，在勻強電場中的 A 點時速度為 v，方向與電場線垂直，在 B點時速度大小為 2v，已知 A、 B兩點間距離為 d，求 (1)A、 B兩點間的電壓； (2)電場強度的大小和方向 . 例 帶有等量異種電荷的兩個平行金屬板 A 和 B 水平放置，兩板間距離為 d(d 遠小于板的長和寬 )，一個帶正電的油滴 M 懸浮在兩板的正中央， 處于平衡，油滴的質量為 m，電荷量為 q，如圖所示 .在油滴的正上方距 A 板 d 處有一個質量也為 m 的帶電油滴 N，油滴 N 由靜止釋放后，可以穿過 A 板上的小孔，進入兩金屬板間與油滴 M 相碰，并立即結合成一個大油滴 .整個裝置處于真空環境中，若不計油滴 M 和 N 間的庫侖力和萬有引力以及金屬板本身的厚度，要使油滴 N 能與 M 相碰，且結合成的大油滴 (油滴可視為質點 )又不與金屬板 B相碰 .求： (1)兩個金屬板 A、 B間的電壓是多少？哪板電勢高？ (2)油滴 N 帶何種電荷，電荷量可能是多少？ 第 31 頁 共 36 頁 例 在水平向右的勻強電場中，有一質量為 m， 帶正電的小球，用長為 L的絕緣細線懸掛于 O 點，當小球靜止 A 點時，細線與豎直方向夾角為 θ，如圖所示 .現給小球一個垂直于懸線的初速度，使小球恰能在豎直平面內做圓周運動，求： (1)小球運動過程中的最小速度 . (2)小球在 A 點的初速度 . 例 如圖所示， A、 B 為水平放置的平行金屬板，板間距離為 d(d 遠小于板的長和寬 )，在兩板之間有一帶負電的質點 A、 B之間加電壓 U0，則質點 P 可以靜止平衡 .現在 A、 B間加上如圖所示的隨時間 t 變化的電壓 U，在t=0 時，質點 P 位于 A、 B 間的中點處且初速度為 0，已知 質點 P 能在 A、 B 之間以最大的幅度上下運動而又不與兩板相碰，求圖中 U 改變的各時刻 t1， t2， t3及 tn 的表達式 .(質點開始從中點上升到最高點，及以后每次從最高點到最低點或從最低點到最高點的過程中，電壓只改變一次 .) 例 如圖所示， A、 B是一對平行的金屬板，在兩板間加上一周期為 T的交變電壓 U. A 板的電勢 UA=0， B板的電勢 UB隨時間的變化規律為：在 0 到 的時間內， UB=U0(正的常數 )；在 到 T的時間內， UB=－ U0；在 T到 的時間內， UB=U0；在 到 2T的時間內， UB=－ U0…… ，現有一電子從 A 板上的小孔進入兩板間的電場區內，設電子初 速度和重力的影響均可忽略（ ） A．若電子是在 t=0 時刻進入的，它將一直向 B板運動 B．若電子是在 時刻進入的，它可能時而向 B板運動，時而向 A 板運動，最后打在 B板上 C．若電子是在 時刻進入的，它可能時而向 B板運動，時而向 A板運動，最后打在 B板上 D．若電子是在 時刻進入的，它可能時而向 B板，時而向 A 板運動 第 32 頁 共 36 頁 高考 真題 為研究靜電除塵，有人設計了一個盒狀容器，容器側面是絕緣的透明有機玻璃，它有上下底面是面積 A= 的金屬板，間距 L=，當連接到 U=2500V的高壓電源正負兩板時，能在兩金屬板間產生一個勻強電場，如圖所示 .現把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內，每立方米有煙塵顆粒 1013個，假設這些顆粒都 處于靜止狀態，每個顆粒帶電量為 q=＋ 10－ 17C，質量為 m=10－15kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用力和空氣阻力，并忽略煙塵顆粒所受重力，求合上電鍵后； (1)經過多長時間煙塵顆粒可以被全部吸 附？ (2)除塵過程中電場對煙塵顆粒共做了多少功？ (3)經過多長時間容器中煙塵顆粒的總動能達到最大？ 例 解析：設電子經電場 U1 加速后獲得的速度為 v0，根據動能定理 ① 設極板長為 L，兩板間距離為 d， 電子進入偏轉電場后做類平拋運動，則平行于極板方向： L=v0t ② 垂直于極板方向： ③ 偏轉角 θ滿足： ④ 由以上各式可解得： 顯然， U1 減小， U2 增大時， θ一定增大 . 答案： B 例 解析： (1)帶電粒子從 A 到 B 的過程中，由動能定理可得 將vA=v， vB=2v代入解得 第 33 頁 共 36 頁 (2)帶電粒子從 A 到 B做類平拋運動，設在垂直電場線和平行電場線方向上的位移分別為 x和 y. 由于 A 到 B，粒子的動能增加，則電場力做正功，所以 ，場強方向應水平向左 . 答案： 例 解析： (1)油滴 M 帶正電，在兩金屬板之間處于平衡，有 mg=qU/d，則 B板電勢較高，電勢差 (2)若油滴 N 帶負電，則 N 與 M 相碰后，結合成大油滴無論其電性為正，還是為負，或者電荷量為零，都將向 B板做加速運動而最終與 B板相碰 .因此，要不落到 B板上，油滴 N 必帶正電 . 設油滴 N 帶電量為 Q，油滴 N 與 M 相碰前的速度設為 v0，有： 油滴 N 能與 M 相碰： 油滴 M 和 N 相碰后，結合成大油滴，速度為 v，有： 此 后 ， 大 油 滴 向 下 運 動 ， 不 碰 到 B 板，須有 代入 v和 U 的值，解得 油滴所帶電荷量是 答案： B板電勢較高 (2)正電， 第 34 頁 共 36 頁 例 解析：小球在運動過程中，所受重力和電場力都是恒力，將它們合成等效為一個力 F，如圖所示，則 把合力 F 與重力類比，其等效重力加速度 因此，小球在豎直平面內做勻速圓周運動的等效 “最低點 ”和 “最高點 ”分別為圖中的 A 點和 B點 . (1) 小 球 在 B 點 處 的 速 度 最 小 ， 依 題 意 (2)小球從 A 點運動到 B點的過程中，根據動能定理 答案： 例 解析：綜合分析帶電質點 P 的受力情況和運動情況，建立清晰的物理圖景是解答本題的關鍵 . 設質點 P 的質量為 m，電荷量為 q，當 A、 B 間加電壓 U0 時，根據題意有 當兩板間所加電壓為 2U0 時， P 的加速度向上，設其大小為 a，則聯立解得， a=g. 當兩板間的電壓為零時， P 只受重力，加速度方向向下，大小為 g，要P 以最大幅度上下運動，而又不與兩板相碰，則 P 達到 A 板或 B 板時速度必為零 .根據運動的對稱性可知，加上電壓 2U0 后， P 質點先向上做勻加速度直線運動，運動 后，撤去電場，繼續向上做勻減速運動直到速度為零 . 到達 A 板后，在重力作用下，自由下落直到 A、 B 的中點，然后又加上電壓 2U0，使質點 P 向下做勻減速運動，至 B板時，速度恰好減為零，然后反向加速，達到 A、 B 中點時撤去電場，在重力作用下做勻減速運動到 A 板時，速度恰好為零，以后重復上述運動過程 . 綜合以上分析，質點 P 的運動過程可用 v—t 圖象表示，如圖所示 . 第 35 頁 共 36 頁 由勻變速直線運動規律有 其中 a=g，解得 設質點 P 從 A 板自由下落到 AB 兩板中點所歷經的時間為 △ t，則 答案： 例 解析：依題意，電子在電場中運動時，其加速度大小 不變，方向在 時刻發生突變 .不同時刻進入的電子，其運動情況有所不同，如圖中的 a、 b、 c 所示，分別表示 t=0 時刻， 時刻的和 時刻進入的電子的 v—t 圖象 (以從 A 板指向 B板方向為正方向 ). 從圖象可以看出， t=0 時刻進入的電子速度方向不變，一直向 B 板 運動 . 和 時刻進入的電子運動一段時間后速度反向，這說明它們都是來回往復運動，但在一個周期內，前者的位移為正，即向 B板運動了一段位移，最后一定打在 B 板上；而后者的位移為負，若在一個周期內未打到 B 板，電子將返回到 A 板而從小孔穿出 . 時刻進入的電子受到指向 A 板的電場力，而初速為零，因此，它不可能進入兩板間運動 . 答案： AB 高考 真題 第 36 頁 共 36 頁 解析： (1)合上電鍵后，不同位置的煙塵顆粒在電場力作用下，向下極板加速運動，所以只要上板表面附近的煙塵被吸附到下板時，煙塵可認為被全部吸附，煙塵所受的電場力 解得 (2)由于板間煙塵顆粒均勻分布，可以 認為煙塵的質心位于板間中點位置，因此，除塵過程中電場力對煙塵所做總功 (3)解法一、設經過時間 t1 容器中煙塵顆粒的總動能達最大，此時煙塵顆粒下移的距離為 x，對每個煙塵顆粒，由動能定理得 而此時沒有被吸附的煙塵顆粒數為 NA(L－ x) 所以，在容器的上下板間的煙塵顆粒的總動能 解法二、將所有煙塵顆粒等效集中于板中央，當煙塵運動到下板 時，總動能最大，則 答案： (1) (2)10－ 4J (3)