9.如图8所示.人与重物的质量相等.开始时人与重物处于同一水平高度.当人从静止开始沿绳加速向上爬时.人与重物的运动情况是(不计绳的质量和滑轮摩擦) [ ] A.人加速上升.重物加速下降 B.人加速上升.重物静止不动 C.人和重物都加速上升.同时到顶 D.人与重物都加速上升.但人上升得快 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

(1)两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比为TA:TB=1:8,则轨道半径之比为
 
运动速率之比为
 

(2)图(甲)是用一主尺最小分度为l mm,游标上有20个分度的卡尺测量一工件的长度,结果如图所示.可以读出此工件的长度为
 
cm.图(乙)是用螺旋测微器测量某一圆筒内径时的示数,此读数应为
 
mm.
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(3)在“验证牛顿运动定律”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.
①当M与m的大小关系满足
 
时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.
②如图(a)所示为甲同学根据测量数据作出的a-F图线,说明实验存在的问题是:
 

③乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的a-F图线如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同
 

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④下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示,所用电源频率50Hz.根据图中数据计算加速度a=
 
m/s2,图中“3”的瞬时速度=
 
m/s.(保留三位有效数字)
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第九部分 稳恒电流

第一讲 基本知识介绍

第八部分《稳恒电流》包括两大块:一是“恒定电流”,二是“物质的导电性”。前者是对于电路的外部计算,后者则是深入微观空间,去解释电流的成因和比较不同种类的物质导电的情形有什么区别。

应该说,第一块的知识和高考考纲对应得比较好,深化的部分是对复杂电路的计算(引入了一些新的处理手段)。第二块虽是全新的内容,但近几年的考试已经很少涉及,以至于很多奥赛培训资料都把它删掉了。鉴于在奥赛考纲中这部分内容还保留着,我们还是想粗略地介绍一下。

一、欧姆定律

1、电阻定律

a、电阻定律 R = ρ

b、金属的电阻率 ρ = ρ0(1 + αt)

2、欧姆定律

a、外电路欧姆定律 U = IR ,顺着电流方向电势降落

b、含源电路欧姆定律

在如图8-1所示的含源电路中,从A点到B点,遵照原则:①遇电阻,顺电流方向电势降落(逆电流方向电势升高)②遇电源,正极到负极电势降落,负极到正极电势升高(与电流方向无关),可以得到以下关系

UA ? IR ? ε ? Ir = UB 

这就是含源电路欧姆定律。

c、闭合电路欧姆定律

在图8-1中,若将A、B两点短接,则电流方向只可能向左,含源电路欧姆定律成为

UA + IR ? ε + Ir = UB = UA

 ε = IR + Ir ,或 I = 

这就是闭合电路欧姆定律。值得注意的的是:①对于复杂电路,“干路电流I”不能做绝对的理解(任何要考察的一条路均可视为干路);②电源的概念也是相对的,它可以是多个电源的串、并联,也可以是电源和电阻组成的系统;③外电阻R可以是多个电阻的串、并联或混联,但不能包含电源。

二、复杂电路的计算

1、戴维南定理:一个由独立源、线性电阻、线性受控源组成的二端网络,可以用一个电压源和电阻串联的二端网络来等效。(事实上,也可等效为“电流源和电阻并联的的二端网络”——这就成了诺顿定理。)

应用方法:其等效电路的电压源的电动势等于网络的开路电压,其串联电阻等于从端钮看进去该网络中所有独立源为零值时的等效电阻。

2、基尔霍夫(克希科夫)定律

a、基尔霍夫第一定律:在任一时刻流入电路中某一分节点的电流强度的总和,等于从该点流出的电流强度的总和。

例如,在图8-2中,针对节点P ,有

I2 + I3 = I1 

基尔霍夫第一定律也被称为“节点电流定律”,它是电荷受恒定律在电路中的具体体现。

对于基尔霍夫第一定律的理解,近来已经拓展为:流入电路中某一“包容块”的电流强度的总和,等于从该“包容块”流出的电流强度的总和。

b、基尔霍夫第二定律:在电路中任取一闭合回路,并规定正的绕行方向,其中电动势的代数和,等于各部分电阻(在交流电路中为阻抗)与电流强度乘积的代数和。

例如,在图8-2中,针对闭合回路① ,有

ε3 ? ε2 = I3 ( r3 + R2 + r2 ) ? I2R2 

基尔霍夫第二定律事实上是含源部分电路欧姆定律的变体(☆同学们可以列方程 UP = … = UP得到和上面完全相同的式子)。

3、Y?Δ变换

在难以看清串、并联关系的电路中,进行“Y型?Δ型”的相互转换常常是必要的。在图8-3所示的电路中

☆同学们可以证明Δ→ Y的结论…

Rc = 

Rb = 

Ra = 

Y→Δ的变换稍稍复杂一些,但我们仍然可以得到

R1 = 

R2 = 

R3 = 

三、电功和电功率

1、电源

使其他形式的能量转变为电能的装置。如发电机、电池等。发电机是将机械能转变为电能;干电池、蓄电池是将化学能转变为电能;光电池是将光能转变为电能;原子电池是将原子核放射能转变为电能;在电子设备中,有时也把变换电能形式的装置,如整流器等,作为电源看待。

电源电动势定义为电源的开路电压,内阻则定义为没有电动势时电路通过电源所遇到的电阻。据此不难推出相同电源串联、并联,甚至不同电源串联、并联的时的电动势和内阻的值。

例如,电动势、内阻分别为ε1 、r1和ε2 、r2的电源并联,构成的新电源的电动势ε和内阻r分别为(☆师生共同推导…)

ε = 

r = 

2、电功、电功率

电流通过电路时,电场力对电荷作的功叫做电功W。单位时间内电场力所作的功叫做电功率P 。

计算时,只有W = UIt和P = UI是完全没有条件的,对于不含源的纯电阻,电功和焦耳热重合,电功率则和热功率重合,有W = I2Rt = t和P = I2R = 

对非纯电阻电路,电功和电热的关系依据能量守恒定律求解。 

四、物质的导电性

在不同的物质中,电荷定向移动形成电流的规律并不是完全相同的。

1、金属中的电流

即通常所谓的不含源纯电阻中的电流,规律遵从“外电路欧姆定律”。

2、液体导电

能够导电的液体叫电解液(不包括液态金属)。电解液中离解出的正负离子导电是液体导电的特点(如:硫酸铜分子在通常情况下是电中性的,但它在溶液里受水分子的作用就会离解成铜离子Cu2+和硫酸根离子S,它们在电场力的作用下定向移动形成电流)。

在电解液中加电场时,在两个电极上(或电极旁)同时产生化学反应的过程叫作“电解”。电解的结果是在两个极板上(或电极旁)生成新的物质。

液体导电遵从法拉第电解定律——

法拉第电解第一定律:电解时在电极上析出或溶解的物质的质量和电流强度、跟通电时间成正比。表达式:m = kIt = KQ (式中Q为析出质量为m的物质所需要的电量;K为电化当量,电化当量的数值随着被析出的物质种类而不同,某种物质的电化当量在数值上等于通过1C电量时析出的该种物质的质量,其单位为kg/C。)

法拉第电解第二定律:物质的电化当量K和它的化学当量成正比。某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量M(克原子量)和它的化合价n的比值,即 K =  ,而F为法拉第常数,对任何物质都相同,F = 9.65×104C/mol 。

将两个定律联立可得:m = Q 。

3、气体导电

气体导电是很不容易的,它的前提是气体中必须出现可以定向移动的离子或电子。按照“载流子”出现方式的不同,可以把气体放电分为两大类——

a、被激放电

在地面放射性元素的辐照以及紫外线和宇宙射线等的作用下,会有少量气体分子或原子被电离,或在有些灯管内,通电的灯丝也会发射电子,这些“载流子”均会在电场力作用下产生定向移动形成电流。这种情况下的电流一般比较微弱,且遵从欧姆定律。典型的被激放电情形有

b、自激放电

但是,当电场足够强,电子动能足够大,它们和中性气体相碰撞时,可以使中性分子电离,即所谓碰撞电离。同时,在正离子向阴极运动时,由于以很大的速度撞到阴极上,还可能从阴极表面上打出电子来,这种现象称为二次电子发射。碰撞电离和二次电子发射使气体中在很短的时间内出现了大量的电子和正离子,电流亦迅速增大。这种现象被称为自激放电。自激放电不遵从欧姆定律。

常见的自激放电有四大类:辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电。

4、超导现象

据金属电阻率和温度的关系,电阻率会随着温度的降低和降低。当电阻率降为零时,称为超导现象。电阻率为零时对应的温度称为临界温度。超导现象首先是荷兰物理学家昂尼斯发现的。

超导的应用前景是显而易见且相当广阔的。但由于一般金属的临界温度一般都非常低,故产业化的价值不大,为了解决这个矛盾,科学家们致力于寻找或合成临界温度比较切合实际的材料就成了当今前沿科技的一个热门领域。当前人们的研究主要是集中在合成材料方面,临界温度已经超过100K,当然,这个温度距产业化的期望值还很远。

5、半导体

半导体的电阻率界于导体和绝缘体之间,且ρ

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精英家教网(1)2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使老旧的福岛第一核电站的一号、二号、三号、四号反应堆发生爆炸,致使放射性物质外泄进入大气.碘131就是其中之一,它可以富集到人类的甲状腺中长期积累会引发甲状腺癌变诱发肿瘤.碘131是人工放射性核素(核裂变产物),是β衰变核素,发射β和 γ射线,I131半减期为8天左右.下列说法正确的是
 

A.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流
B.由于碘131半衰期比较短,并会很快衰变为没有放射性的氙同位素氙131,所以我国境内检测的极微量核素碘131,不足以威胁人体健康.
C.碘131的半衰期为8天,若有四个碘原子核,经过4天就只剩下2个
D.压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响
(2)如图所示,有一光滑铜球质量为m,被一U形框扣在里面,框的质量为M,它们搁置于光滑水平面上,现让小球以速度v0向右去第一次撞击静止的框,设碰撞无机械能损失,经多次相互撞击,下面结论正确的是
A、二者最终将以相同的速度向右运动
B、只有M-2m时,在它们发生偶数次碰撞后,小球的速度才会再次等于v0,框也重现静止状态
C、当M-3m时,在它们发生第三次碰撞后,小球的速度将会再次等于v0,框也再次重现静止状态
D、在它们发生偶数次碰撞后,小球的速度将会再次等于v0,框也重现静止状态,与M、m数值大小关系无关.

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(1)2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使老旧的福岛第一核电站的一号、二号、三号、四号反应堆发生爆炸,致使放射性物质外泄进入大气.碘131就是其中之一,它可以富集到人类的甲状腺中长期积累会引发甲状腺癌变诱发肿瘤.碘131是人工放射性核素(核裂变产物),是β衰变核素,发射β和 γ射线,I131半减期为8天左右.下列说法正确的是______
A.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流
B.由于碘131半衰期比较短,并会很快衰变为没有放射性的氙同位素氙131,所以我国境内检测的极微量核素碘131,不足以威胁人体健康.
C.碘131的半衰期为8天,若有四个碘原子核,经过4天就只剩下2个
D.压力、温度对放射性元素衰变的快慢具有一定的影响
(2)如图所示,有一光滑铜球质量为m,被一U形框扣在里面,框的质量为M,它们搁置于光滑水平面上,现让小球以速度v向右去第一次撞击静止的框,设碰撞无机械能损失,经多次相互撞击,下面结论正确的是
A、二者最终将以相同的速度向右运动
B、只有M-2m时,在它们发生偶数次碰撞后,小球的速度才会再次等于v,框也重现静止状态
C、当M-3m时,在它们发生第三次碰撞后,小球的速度将会再次等于v,框也再次重现静止状态
D、在它们发生偶数次碰撞后,小球的速度将会再次等于v,框也重现静止状态,与M、m数值大小关系无关.

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  富兰克林(Benjamin Franklin,1706-1790年)美国科学家、物理学家、发明家、政治家、社会活动家.1706年1月27日生于波士顿一个工人家庭.父亲是英国移民,从事肥皂和蜡烛制造.由于家庭贫寒,从8岁起只上了两年学就辍学当了学徒,从12岁起在他大哥的印刷所里当学徒,以后长期从事印刷工作.他刻苦自学,他说:“读书是我唯一的娱乐.”他常常去找别人或书店借书,利用深夜读书,清晨就去归还.他曾以笔名Richard Saunders投稿,报纸编辑以为文章“出自名家手笔”.他不仅从书本上学习各种知识,还辗转到纽约、伦敦、费城等地流浪,在社会生活中学习.21岁时,他在费城创办了北美第一个青年自学团体“共读社”,组织工人、技师、鞋匠、瓦匠、诗人等每周星期五来讨论哲学、科学、技术、文艺问题.这个团体后来发展为1743年创立的美利坚哲学会.1769年他被选为该会的会长.25岁时他又在费城创办了北美第一个公共图书馆,以后发展为北美公共图书馆.45岁时,他又创办费城学院(即后来的宾夕法尼亚大学).

  富兰克林在电学上有许多重要贡献.通过实验,他对当时许多混乱的电学知识(如电的产生、转移、感应、存储、充放电等)作了比较系统的清理.他曾把多个莱顿瓶连结起来,储存更多电荷.他用实验证明莱顿瓶内外金属箔所带电荷数量相等,电性相反.1747年5月25日他在给柯林森的信中,提出了电的单流质理论,并用数学上的正负来表示多余或缺少这种电流质.他还认为摩擦起电只是使电荷转移而不是创生,所生电荷的正负必须严格相等——这个思想后来发展为电学中的基本定律之一——电荷守恒定律.他利用这一理论说明了带介质的电容器原理.

  富兰克林的第二项重大贡献是统一了天电和地电,彻底破除了人们对雷电的恐惧.1749年,他的夫人丽达在观看莱顿瓶串联实验时,无意碰到莱顿瓶上的金属杆,被电火花击倒在地,卧病一周,使他更坚定了探讨雷电实质的决心.他一方面列举了12条静电火花与雷电火花的相同之处,一方面通过岗亭实验和风筝实验(1752年6月)给予实验证明.他的一封封书信通过柯林森在英国皇家学会宣读,开始时受到的是嘲笑、怀疑,后来他的论文集《电学实验与研究》出版,特别是风筝实验的报告轰动了欧洲,使人们看到电学是一门有广大前景的科学,避雷针也成了人类破除迷信征服自然的一项重要技术成果,推动了电学、电工学的发展.

  思考:人穷志不穷,逆境成就英雄.命运把握在自己手中,就看你怎么对待它.

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同步练习册答案