理解折射定律的確切含義.并能用來解釋有關的光現(xiàn)象和計算有關的問題. 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

第九部分 穩(wěn)恒電流

第一講 基本知識介紹

第八部分《穩(wěn)恒電流》包括兩大塊:一是“恒定電流”,二是“物質的導電性”。前者是對于電路的外部計算,后者則是深入微觀空間,去解釋電流的成因和比較不同種類的物質導電的情形有什么區(qū)別。

應該說,第一塊的知識和高考考綱對應得比較好,深化的部分是對復雜電路的計算(引入了一些新的處理手段)。第二塊雖是全新的內容,但近幾年的考試已經很少涉及,以至于很多奧賽培訓資料都把它刪掉了。鑒于在奧賽考綱中這部分內容還保留著,我們還是想粗略地介紹一下。

一、歐姆定律

1、電阻定律

a、電阻定律 R = ρ

b、金屬的電阻率 ρ = ρ0(1 + αt)

2、歐姆定律

a、外電路歐姆定律 U = IR ,順著電流方向電勢降落

b、含源電路歐姆定律

在如圖8-1所示的含源電路中,從A點到B點,遵照原則:①遇電阻,順電流方向電勢降落(逆電流方向電勢升高)②遇電源,正極到負極電勢降落,負極到正極電勢升高(與電流方向無關),可以得到以下關系

UA ? IR ? ε ? Ir = UB 

這就是含源電路歐姆定律。

c、閉合電路歐姆定律

在圖8-1中,若將A、B兩點短接,則電流方向只可能向左,含源電路歐姆定律成為

UA + IR ? ε + Ir = UB = UA

 ε = IR + Ir ,或 I = 

這就是閉合電路歐姆定律。值得注意的的是:①對于復雜電路,“干路電流I”不能做絕對的理解(任何要考察的一條路均可視為干路);②電源的概念也是相對的,它可以是多個電源的串、并聯(lián),也可以是電源和電阻組成的系統(tǒng);③外電阻R可以是多個電阻的串、并聯(lián)或混聯(lián),但不能包含電源。

二、復雜電路的計算

1、戴維南定理:一個由獨立源、線性電阻、線性受控源組成的二端網絡,可以用一個電壓源和電阻串聯(lián)的二端網絡來等效。(事實上,也可等效為“電流源和電阻并聯(lián)的的二端網絡”——這就成了諾頓定理。)

應用方法:其等效電路的電壓源的電動勢等于網絡的開路電壓,其串聯(lián)電阻等于從端鈕看進去該網絡中所有獨立源為零值時的等效電阻。

2、基爾霍夫(克�?品颍┒�

a、基爾霍夫第一定律:在任一時刻流入電路中某一分節(jié)點的電流強度的總和,等于從該點流出的電流強度的總和。

例如,在圖8-2中,針對節(jié)點P ,有

I2 + I3 = I1 

基爾霍夫第一定律也被稱為“節(jié)點電流定律”,它是電荷受恒定律在電路中的具體體現(xiàn)。

對于基爾霍夫第一定律的理解,近來已經拓展為:流入電路中某一“包容塊”的電流強度的總和,等于從該“包容塊”流出的電流強度的總和。

b、基爾霍夫第二定律:在電路中任取一閉合回路,并規(guī)定正的繞行方向,其中電動勢的代數(shù)和,等于各部分電阻(在交流電路中為阻抗)與電流強度乘積的代數(shù)和。

例如,在圖8-2中,針對閉合回路① ,有

ε3 ? ε2 = I3 ( r3 + R2 + r2 ) ? I2R2 

基爾霍夫第二定律事實上是含源部分電路歐姆定律的變體(☆同學們可以列方程 UP = … = UP得到和上面完全相同的式子)。

3、Y?Δ變換

在難以看清串、并聯(lián)關系的電路中,進行“Y型?Δ型”的相互轉換常常是必要的。在圖8-3所示的電路中

☆同學們可以證明Δ→ Y的結論…

Rc = 

Rb = 

Ra = 

Y→Δ的變換稍稍復雜一些,但我們仍然可以得到

R1 = 

R2 = 

R3 = 

三、電功和電功率

1、電源

使其他形式的能量轉變?yōu)殡娔艿难b置。如發(fā)電機、電池等。發(fā)電機是將機械能轉變?yōu)殡娔�;干電池、蓄電池是將化學能轉變?yōu)殡娔�;光電池是將光能轉變?yōu)殡娔埽辉与姵厥菍⒃雍朔派淠苻D變?yōu)殡娔�;在電子設備中,有時也把變換電能形式的裝置,如整流器等,作為電源看待。

電源電動勢定義為電源的開路電壓,內阻則定義為沒有電動勢時電路通過電源所遇到的電阻。據此不難推出相同電源串聯(lián)、并聯(lián),甚至不同電源串聯(lián)、并聯(lián)的時的電動勢和內阻的值。

例如,電動勢、內阻分別為ε1 、r1和ε2 、r2的電源并聯(lián),構成的新電源的電動勢ε和內阻r分別為(☆師生共同推導…)

ε = 

r = 

2、電功、電功率

電流通過電路時,電場力對電荷作的功叫做電功W。單位時間內電場力所作的功叫做電功率P 。

計算時,只有W = UIt和P = UI是完全沒有條件的,對于不含源的純電阻,電功和焦耳熱重合,電功率則和熱功率重合,有W = I2Rt = t和P = I2R = 

對非純電阻電路,電功和電熱的關系依據能量守恒定律求解。 

四、物質的導電性

在不同的物質中,電荷定向移動形成電流的規(guī)律并不是完全相同的。

1、金屬中的電流

即通常所謂的不含源純電阻中的電流,規(guī)律遵從“外電路歐姆定律”。

2、液體導電

能夠導電的液體叫電解液(不包括液態(tài)金屬)。電解液中離解出的正負離子導電是液體導電的特點(如:硫酸銅分子在通常情況下是電中性的,但它在溶液里受水分子的作用就會離解成銅離子Cu2+和硫酸根離子S,它們在電場力的作用下定向移動形成電流)。

在電解液中加電場時,在兩個電極上(或電極旁)同時產生化學反應的過程叫作“電解”。電解的結果是在兩個極板上(或電極旁)生成新的物質。

液體導電遵從法拉第電解定律——

法拉第電解第一定律:電解時在電極上析出或溶解的物質的質量和電流強度、跟通電時間成正比。表達式:m = kIt = KQ (式中Q為析出質量為m的物質所需要的電量;K為電化當量,電化當量的數(shù)值隨著被析出的物質種類而不同,某種物質的電化當量在數(shù)值上等于通過1C電量時析出的該種物質的質量,其單位為kg/C。)

法拉第電解第二定律:物質的電化當量K和它的化學當量成正比。某種物質的化學當量是該物質的摩爾質量M(克原子量)和它的化合價n的比值,即 K =  ,而F為法拉第常數(shù),對任何物質都相同,F(xiàn) = 9.65×104C/mol 。

將兩個定律聯(lián)立可得:m = Q 。

3、氣體導電

氣體導電是很不容易的,它的前提是氣體中必須出現(xiàn)可以定向移動的離子或電子。按照“載流子”出現(xiàn)方式的不同,可以把氣體放電分為兩大類——

a、被激放電

在地面放射性元素的輻照以及紫外線和宇宙射線等的作用下,會有少量氣體分子或原子被電離,或在有些燈管內,通電的燈絲也會發(fā)射電子,這些“載流子”均會在電場力作用下產生定向移動形成電流。這種情況下的電流一般比較微弱,且遵從歐姆定律。典型的被激放電情形有

b、自激放電

但是,當電場足夠強,電子動能足夠大,它們和中性氣體相碰撞時,可以使中性分子電離,即所謂碰撞電離。同時,在正離子向陰極運動時,由于以很大的速度撞到陰極上,還可能從陰極表面上打出電子來,這種現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。碰撞電離和二次電子發(fā)射使氣體中在很短的時間內出現(xiàn)了大量的電子和正離子,電流亦迅速增大。這種現(xiàn)象被稱為自激放電。自激放電不遵從歐姆定律。

常見的自激放電有四大類:輝光放電、弧光放電、火花放電、電暈放電。

4、超導現(xiàn)象

據金屬電阻率和溫度的關系,電阻率會隨著溫度的降低和降低。當電阻率降為零時,稱為超導現(xiàn)象。電阻率為零時對應的溫度稱為臨界溫度。超導現(xiàn)象首先是荷蘭物理學家昂尼斯發(fā)現(xiàn)的。

超導的應用前景是顯而易見且相當廣闊的。但由于一般金屬的臨界溫度一般都非常低,故產業(yè)化的價值不大,為了解決這個矛盾,科學家們致力于尋找或合成臨界溫度比較切合實際的材料就成了當今前沿科技的一個熱門領域。當前人們的研究主要是集中在合成材料方面,臨界溫度已經超過100K,當然,這個溫度距產業(yè)化的期望值還很遠。

5、半導體

半導體的電阻率界于導體和絕緣體之間,且ρ

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對楞次定律的理解,下列說法不正確的是( �。�
A、感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化B、感應電流的效果總是使產生感應電流的導體與原磁場發(fā)生相對運動C、感應電流的效果總是阻礙引起它的那個原因D、原磁通量變小,則感應電流的磁場與原磁場相同,阻礙其變小

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(1)①下列各實驗操作中,說法正確的是
 

A、在驗證機械能守恒定律的實驗中,將電場打點計時器接在學生電源的“直流輸出0---6V”檔位上,釋放紙帶瞬間,立即啟動秒表計時
B、在“利用單擺測重力加速度”中,測量擺長時,讓擺球自然下垂,用米尺測出懸點到球心的距離
C、在驗證動量守恒定律實驗中,入射小球每次必須從同一高度靜止釋放,釋放點應稍高些
D、在用插針法測玻璃磚折射率的實驗中,入射角太大,折射光會在玻璃磚內表面發(fā)生全反射,使實驗無法進行,所以入射角應適當大些
E、在做雙縫干涉實驗時,將單縫向雙縫移動一小段距離后,干涉條紋間距變寬.
精英家教網②射洪中學學生在某次實驗中要測量一個水管的外經,在實驗室找到一游標卡尺,除游標卡尺的前面有部分刻度模糊不清,其余均完好無損,于是先后進行了兩次測量,其中一次測量如圖所示,則其讀數(shù)為
 
 cm.為了更準確的測量,他們又找了一螺旋測微器,進行了再次測量,讀數(shù)為
 
cm.
(2)待測電阻Rx的阻值大約是40Ω~50Ω,現(xiàn)要準確測量其阻值.提供的器材有:
直流電源E(電壓9V,內阻r較小但不為零且未知);
定值電阻R0=100Ω;
滑動變阻器R1(總阻值20Ω);
滑動變阻器R2(總阻值200Ω);
電流表A(量程0~100mA,內阻rA較小但不為零且未知);
單刀單擲開關S1
單刀雙擲開關S2;
導線若干.
①設計一個能夠準確測量電阻Rx的阻值的電路.滑動變阻器只用其中一只,應該選用
 
(選代號),在方框中畫出實驗電路圖(在圖上標明所選器材的代號).
②在正確連接實驗電路后,簡要寫出實驗測量的主要步驟,特別指出需要測量的物理量和符號.
 

③計算Rx的表達式是Rx=
 
(用已知物理量和實驗測得的物理量表示).

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(2013?虹口區(qū)二模)有同學在做“用DIS研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的關系”實驗時,緩慢推動活塞,在使注射器內空氣體積逐漸減小的過程中,多次從注射器的刻度上讀出體積值并輸入計算機,同時由壓強傳感器將對應體積的壓強值通過數(shù)據采集器傳送給計算機.實驗完成后,計算機屏幕上顯示出如右圖所示的p-V圖線(其中實線是實驗所得圖線,虛線為一根參考雙曲線).

(1)仔細觀察不難發(fā)現(xiàn),該圖線與玻意耳定律不夠吻合,造成這一現(xiàn)象的可能原因是:
實驗時注射器內的空氣向外泄漏,或“實驗時環(huán)境溫度降低了”.
實驗時注射器內的空氣向外泄漏,或“實驗時環(huán)境溫度降低了”.

(2)(單選題)由于此圖無法說明p與V的確切關系,所以改畫p-1/V圖象.畫出的p-1/V圖象應當是
A
A

(3)若另一組同學操作時用手握住了注射器,作出的p-V圖象
不可能
不可能
(選填“可能”“不可能”)與題干的圖象相同.

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關于牛頓第一定律的理解,下列說法正確的是( �。�

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