国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案及解析_电磁学
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-光学资料
实验二十八 测定玻璃的折射率【思考题参考答案】1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。
这是因为如果两个界面不平行，可以看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能确定对应的入射角和折射角，从而按折射定律计算折射率。
对视深法测量结果是否影响，请自己根据测量原理思考。
2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？答：厚些好。
在视深法中，玻璃砖越厚h '越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。
在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD 位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。
3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。
入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。
4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？答：折射率的测量值偏小。
如果所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。
实际折射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin =，测量折射率值偏小。
间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。
实验二十九 测定薄透镜的焦距【思考题参考答案】1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。
由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，可以减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。
第16讲 电与磁(解析版)--2024全国初中物理竞赛试题精选精编
第16讲电与磁（解析版）一、单选题1．（2023春·江苏苏州·九年级校考竞赛）下图中标出了磁感应强度B、电流I和其所受磁场力F的方向，正确的是（）A．B．C．D．【答案】A【详解】左手定则是将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向为磁场力的方向。
A．根据左手定则，磁场力F的方向竖直向上，故A正确；B．根据左手定则，磁场力的方向竖直向上，故B错误；C．图示中，电流方向与磁场方向平行，不受到磁场力的作用，故C错误；D．根据左手定则，磁场力的方向垂直纸面向外，故D错误。
故选A。
2．（2021·广东佛山·九年级统考竞赛）小丽用光敏电阻设计了一种“智能家居照明灯”电路，如图所示。
照明灯L标有“220V40W”字样，在天暗（光线较弱）时L自动点亮，天亮时L自动熄灭。
以下有关描述正确的是（）A．导线B应连接家庭电路中的火线B．小丽选择的光敏电阻阻值大小应随着光照强度的增强而变大C．如果控制电路电源太旧（电压太低）。
可能会出现傍晚天暗后照明灯L亮灯时间更晚的情况A．电磁铁的上端为N极B．电源的左端为负极C．其工作原理是异名磁极相互吸引D．滑片P向右移动可增加地球仪“漂浮”的高度【答案】D【详解】AB．根据同名磁极相互排斥可知，图中电磁铁的上端应为则可知，电流从电磁铁的上端流入，下端流出，电路中的电源的左端为正极，故误；C．磁浮地球仪稳定地“漂浮”起来，其利用的工作原理是同名磁极互相排斥，故C错误；D．滑片P向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，总电阻变小，根据欧姆定律可知，电流变大，电磁铁磁性增强，可增加地球仪“漂浮”的高度，故D正确。
故选D。
4．（2023春·辽宁阜新·九年级校考竞赛）发电机和电动机的相继问世使人类社会进入电气时代。
下列四幅图中与发电机工作原理相同的是（）A．B．C．D．【答案】B【详解】发电机是利用电磁感应现象制成的。
物理电磁学实验试题答案及解析
物理电磁学实验试题答案及解析1.（9分）将一铜片和一锌片分别插入一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡。
原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足3mA。
为了较精确地测定水果电池的电动势E和内电阻r，现提供以下器材：电流表A（0-0.6A-3A）；电压表V（0-3V-6V）；灵敏电流计G（0-5mA, 内阻Rg=500Ω）；滑动变阻器R1（0-20Ω，1A）；变阻箱R2、开关、导线等实验器材．（1）为了较精确地测定水果电池的电动势和内电阻，除了导线开关等还应该选择的仪器为：（写仪器后的字母代号）（2）画出实验采用的电路图，并标注所选择的仪器。
（3）写出实验中需要记录的数据，并标注其物理意义。
（4）写出该实验的测量原理表达式。
（5）若在试验中记录了五组数据，做出如图所示的图像，纵坐标是电路中电流的倒数，横坐标是相对应可变电阻的示数，和两个坐标的交点如图像中所标，则水果电池的电动势表达式为，内阻的表达式为。
【答案】（1）G（1分） R2（1分）（2）如图所示（2分）（3）记录变阻箱示数R和灵敏电流的示数I（1分）（4）E=I（r+Rg+R）（2分）（5）（1分）（1分）【解析】由于水果电池的短路电流很小，不足3mA，所以电流表A（0-0.6A-3A）不能用，电压表V（0-3V-6V）对于电动势1V左右的水果电池也不好用，本题主要考察电表的活用和测电源电动势和内阻的实验方法，要从实验的可操作性出发，选择的核心实验仪器为灵敏电流计G（0-5mA, 内阻Rg =500Ω）、变阻箱R2，因为滑动变阻器不能读出连入电路的电阻值。
2.某课外活动小组自制了一台称重电子秤，其原理结构如图甲图所示，R为定值电阻；R是压敏电阻，其阻值随所受压力F的变化而变化，变化范围大约为几欧到几十欧，通过电压表的读数可以知道压力大小。
若要想电子秤正常工作，首先通过实验探究压敏电阻阻值和F大小的关系，于是课外小组又设计了如图乙所示的探究压敏电阻阻值和F大小的关系的实验电路。
物理竞赛电磁学习题集(含解答)
清北书院中学生物理竞赛讲义—电磁学总论物理规律的得到—-格物致理（复杂的问题抽象出简单的本质及规律）;反之，物理规律的应用-—关键是图景要清晰,并且具有和谐、对称、统一的美。
数学王后抽象奇思妙想可幻想,不一定有解物理国王直观图景构建大自然提出的问题，有解解题策略构建图景→正确关联物理定理或律→数学描述与表达→严密计算→系统回顾→得出结论注意事项：系统回顾→得出结论。
未给定的条件,应全面考察各种情况,极限情况、任意情况（最后推广到极限情况)高中物理主干知识与核心知识电磁①两种场:电场和磁场②稳恒电流③电磁感应哪些知识需要加深拓宽?如何加深拓宽?电磁中要适当加宽的内容点电荷电场的电势公式（不要求导出）电势叠加原理均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出)电容电容器的连接平行板电容器的电容公式(不要求导出）电容器充电后的电能ﻫ电介质的极化介电常数ﻫ一段含源电路的欧姆定律基尔霍夫定律惠斯通电桥补偿电路液体中的电流法拉第电解定律气体中的电流被激放电和自激放电(定性）ﻫ真空中的电流示波器ﻫ半导体的导电特性Ｐ型半导体和Ｎ型半导体晶体二极管的单向导电性三极管的放大作用(不要求机理）超导现象ﻫ感应电场(涡旋电场）自感系数整流、滤波和稳压三相交流电及其连接法感应电动机原理第一章 真空中的静电场例题１如图所示,电荷量为ｑ1的正点电荷固定在坐标原点O 处,电荷量为q ２的正点电荷固定在x 轴上，两电荷相距l ．已知q 2=2ｑ1．(i)求在x 轴上场强为零的P 点的坐标。
(ii)若把一电荷量为q ０的点电荷放在P 点,试讨论它的稳定性（只考虑ｑ0被限制在沿x 轴运动和被限制在沿垂直于x 轴方向运动这两种情况）。
【解答例示】（i)通过对点电荷场强方向的分析，场强为零的P 点只可能位于两点电荷之间。
设Ｐ点的坐标为x 0,则有201x q k=202)(x l q k - （1） 已知ｑ2=2ｑ１ (2）由(1)、（２)两式解得x ０=l )12(- (3）(ii ）先考察点电荷q ０被限制在沿x 轴运动的情况。
中学物理竞赛教程电磁学(程版)答案
前言：特别感谢质心教育的题库与解析，以及“程稼夫力学、电磁学习题答案详解”的作者前辈和血色の寂宁前辈的资料.1-1设两个小球所带净电荷为q，距离为l，由库仑定律：这一小段电荷受力平衡，列竖直方向平衡方程，设张力增量为T：1-3（1）设地月距离R，电场力和万有引力抵消：解得：（2）地球分到，月球分到，电场力和万有引力抵消：解得：1-4有：1-5联立解得由库仑定律矢量式得：解得1-6（21-7移当q＞0时，；当q＜0时，（2）由上知1-8设q位移x，势能：对势能求导得到受力：（2）1-101-11先证明，如图所示，带相同线电荷密度λ的圆弧2和直线1在OO处产生的电场强度相等. 1-12（1）积分得（2）（3）用圆心在场点处，半径，电荷线密度与直线段相等的，张角为θ0 1-13我们先分析一个电荷密度为ρ，厚度为x的无穷大带电面（图中只画出有限大），取如图所强度相同，大小相反.回到原题，由叠加原理以及，算得在不存在电荷的区域电场强度为0（正负电荷层相互抵消.）在存在电荷的区域，若在p区，此时x处的电场由三个电荷层叠加而成，分别是左边的n 区，0到x范围内的p区，以及右边的p区，有：，算得度为所以该面元受到其他电荷施加的静电力：球面上单位面积受力大小：半球面受到的静电力可用与其电荷面密度相等的，该半球面的截口圆面的面积乘该半球面的单位面积受力求得：1-16设轴线上一点到环心距离为x，有：1-19由对称性，可以认为四个面分别在中心处产生的电势，故取走后，；设BCD，ACD，ABD在P2处产生的电势为U，而ABD在P2处产生的电势为，有：；取走后：，解得1-20构造如下六个带电正方体（1到6号），它们的各面电荷分布彼此不相同，但都能通过故电势差为：1-22从对称性方面考虑，先将半球面补全为整个球面.再由电势叠加原理，即一个半球面产生的电势为它的一半，从而计算出半球面在底面上的电势分布.1-1-势.故：1-25在水平方向上，设质点质量m，电量为q：运动学：整体带入得：1-26（1）先将半球面补全为整个球面，容易计算出此时半球底面的电势.再注意到这个电势由对称的两个半球面产生的电势叠加得到，即一个半球面产生的电势为它的一半，即可求出一个半球面对底面产生的电势恒为定值，故底面为等势面，由E点缓慢移至A点外力做功为W1=0.解得由电势叠加原理及静电屏蔽：1-29设质点初速度为v0，质量为m，加速度为a，有：，其中.设时竖直向下速度为v1，动能为Ek1，初动能为Ek0，有：再将球4接地，设球1的电量变为q，则可得因此流入大地的电量为.1-31（1）考虑上下极板间距为x的情况上极板所带电荷由于只有下极板提供的电场对上极板有引力，此电场强度为则等效劲度系数为系统作微小振动频率若，则上下板会吸在一起.1-32粒子由A运动至B，竖直分运动需要时间：水平方向作匀速圆周运动经过的路程：C1-1-34考虑临界状态下小液珠运动全过程：，式中U为两板间电压；临界状态下A板带电量：，解得：最后一滴液珠被A板吸收后，使得A板实际的电量Q′应略大于Q.故吸收的小液珠个数：,[]表示高斯取整函数，即INT1-35（1）导体球电势为：得：感应电荷总电量..1-36能量守恒：（取无穷远处为势能零点）有心力作用，角动量守恒：又，得：代入E= 2keV及d=r/2得：换为电子，运动情况与质子一致，但球带负电.故1-37（1）动力学方程：，其中，解得（2）分析径向运动：1-38（1）电子在区间，做初速为零的匀加速直线运动：得，经到x=d处，沿x轴方向的分速度在区间，即电子做角频率为的简谐运动，振幅（2.1-39.便得，于是必然有1-40通过强相互作用势能，可求得距离为r时正反顶夸克间的强相互作用力为，负号表示此力为吸引力.正反顶夸克之问的距离为r0时作用力大小为正反顶夸克满足动力学方程1-42（1）由对称性，场强向左或向右情况是一样的，不妨设场强方向向右，大小为E. q的受力情况如图（2）将两个小球视为一个整体，受力情况如图垂直于绳方向的平衡方程为解得（3）接第（2）问，悬线AO的张力为1-43（1）设B球碰前所带电量为q，有将A、B接触一下后A、B都带电，此时有由以上各式解得或（2）已知B球碰前所带电量小于A球所带电量，可知B球碰前所带电量为C球与A球相碰后，两球分别带电4Q；C球与B球相碰后，两球分别带电−Q；CAFAB1-441-45两图导体柱的电势都不为正，故正电荷发出的全部电场线被小球吸收，小球收到来自无穷远的电场线，于是：用a 图减去b 图，左边是一个不带电导体，右边一个大导体右边带负电，如果左边带正电，明显在没有外界净电荷干扰的情况下正负电荷会抵消于是左边应带负电即1-46跟静电计相连，则A与静电计外壳等势，腔内没有电场线，不能带电，故闭合.电荷转移到外壳、k及A上.撤去K，用手摸A即接地，则小球电势变为0.外壳带正电，在A产生的电势为正，为使电势变为0，必须使其带负电，故重新张开.1-47设小球带电量为q.引入一个像电荷，其位置与小球关于导电平面对称，带电量与小球相反.设小球重力为G，弹簧初始伸长量为x0.小球受的电场力为初始状态平衡方程：1-48q方1-49引入两个像电荷如图：（1）q的受力情况如图：（2）两个点电荷、两个像电荷分别在两个点电荷中点产生的场强如图：其中，可见合场强水平向右，1-50（1）每一个+q在球壳上感应出的电荷可等效为一个像点电荷，与球心距离.两个像电荷在两个+q的连线上，分居球心左右.其中一个+q的受力由两个q′和另一个+q提供（以指向球心为正）：（则1-布的q1、q2；q在球体外壁的感应电荷等效为在球体外壁均匀分布的−q′和在球心与q连线上的像点电荷q′.由于静电屏蔽，q1、q2所受静电力等于左腔内壁感应电荷对q1、q2的作用力.而左腔内壁的感应电荷为均匀分布，故q1、q2所受静电力像电荷，故q所受静电力（以向右为正）为：根据牛顿第三定律，球A所受静电力为大小仍为.1-54将上一问中的q换成Q，并令F=0，化简得：（2）空腔导体造成静电屏蔽，球壳内点电荷和内表面感应电荷对内表面外部无电势贡献，故球壳电势即为外表面感应电荷带来的电势.又由于外表面感应电荷为均匀分布，在外表面内不产生电场，故外表面感应电荷对球壳上电势贡献等于其在球心处产生的电势，.1-56设A1、A2、A3的质量分别为m1、m2、m3，带电量的绝对值分别为q1、q2、q3，A1、A2运动的角速度均为ω对A1有，对A2有两式相比，即得.1-57假设可以做稳定小振动，写出环偏离平衡位置x处的势能：又，得电容：.1-59法一：两个球均可视为与无限远构成电容器，由孤立导体球电容公式，其电容分别为：，.用导线连接前，可视为CA与CB串联，等效电路图如下：电容为用导线连接后，可视为CA与CB并联，等效电路图如下：两金属球等势：，解得则系统电容.1-60（1）设内球带电量为，外球电量在内球球心产生的电势为内球电量在内球球心产生的电势为内球的总电势，解得.外球电量在球心产生的电势为C13故1、2间的电容（b）本问中，3板和4板由导线相连，电势相等，故可看作由1、3构成的电容C13与4、2构成的电容C42串联后整体与1、2构成的电容C12并联，等效电路图如下：故.即又设设由于金属板内无电场，则3板上板与2板下板所带电荷等量同号（故在板内产生电场抵消）：则1、2板间电容（b）设给1板充，给2板充，设1板上板带电，则1板下板带电，2板上板带电，2板下板带电，3板下板带电，4板上板带电.设3板上板带电，4板下板带电，由3、4板电荷守恒及金属板内无电场得，联立解得1-64（1）由于任一单元输入端之后的总电容为C，在第1个单元输入端a、b间加电压后，将第1个单元输出端后的电容等效为一个大小为3C的电容，由3个大小为3C的电容串联得第2个单元输入端间电压：同理得第k个单元输入端间电压所求总电能（2）第1单元与后面网络断开前，第1单元中电容为3C的电容器的带电量为Q，有则第第1个单元a、b短路后，设电容器各极板上的电荷分布如图所示.三个电容器贮存的电能1-65（1）首先，1 左与100 右无电荷，因为如果有电荷，则电荷电场线必延伸至无穷远，则金属板电势不为0，与接地不符.设1号板带电，由高斯定理，所有板总电量为零：，则100号板带电.取一个左侧包含1板右板，右侧包含n板左板的高斯面（），由于金属板内无电场，此高斯面电通量为0：，解得.1-66过程中电容电荷量不变，故弹力的水平增量：受力平衡得：.1-67因为，故可用平行板电容器公式近似计算电容C（注意内径是直径！），设玻璃1-并联：1-69设初始时细线与竖直方向夹角为，由受力平衡得：放入煤油后，浮力矩与静电力矩增量抵消：又与空气接触处无极化电荷，得.（4）与正极板接触的极化面电荷密度得1-71设极板面积为S，升高高度h，极化面电荷密度其中解得.注意：此题素来受争议，焦点在于此题虚功原理是否适用（如果尝试以虚功原理计算，其结1-73（1）初态电容，电场能，带入得抽出后Q不变，电容变为，电场能...暴力化简，其中.故（3）.1-1-（得.1-（2）系统静电能小球壳上电荷有电势，大球壳上有电势故系统能量. 1-82记，上的电荷为，有电势.板带；4上板带，下板无电荷.此时三个电容串联，一个不带电，另外两个极板带电量相同，可等效为一板间距为的电容.1-84同1-501-85（1）取平面（即面）分析.两个点电荷在接地平板感应出两个像电荷：处处.作用在点电荷上的力高斯定理得1-86末态：能量守恒：.1-87（1）设导体球原带电.如图，球外电势.（2）像电荷同（1）如图，球外电势.1-88外场作用下，介质球周围极化电荷面密度余弦分布.计算处：，解得（3）.1-90（4）球形电容器电容三个电容串联：得（1）. Q为第一问所求值.1-91平行板电容：电路总电容：极板上总电荷：.解得.1-92（21-93解得.（2）电压：电容定义：.（3）设留在电容内介质的长为x，外力为电容并联：前言：特别感谢质心教育的题库与解析，以及“程稼夫力学、电磁学习题答案详解”的作者前辈和血色の寂宁前辈的资料.2-2变阻器在A位置时，焦耳热：，其中.变阻器在中间时，焦耳热：.代入题中数据，可得.2-32-4（1）即，在图中作出该直线，交伏安特性曲线于.两端电压.（2）电源功率之比就等于干路电流之比，即总电阻之反比，设总电阻分别为，则.2-7未烧断前总电阻，烧断后，故干路电流之比为22AB2-10注意电阻温度系数的基准是0℃，得.负载时，负载时，联立解得：.2-11题设是默认加热间断时间相等的，设为.即110V为A、B串联时的工作电压的等差中项作伏安特性曲线关于直线的对称图像，分别交另一曲线于和.得.2-15（1）电容器极板带电量，极板间电流保持为电势差为0时，极板不带电，所以.（2）最大动能的电子到达上极板时动能全部转化为电势能所以，得.K断开时，R与R1串联，该支路总电压该支路与R2并联，为R2两端电压，又R2，R3串联，R3两端电压为可以列出：两式联立，代入数据可解得：.。
全国高中物理竞赛专题十三 电磁感应训练题解答
1、 如图所示为一椭圆形轨道，其方程为()222210x y a b a b+=>>，在中心处有一圆形区域，圆心在O 点，半径为()r b <，圆形区域中有一均匀磁场1B ，方向垂直纸面向里，1B 以1B t k ∆∆=的速率增大，在圆外区域中另有一匀强磁场2B ，方向与1B 相同，在初始时，A 点有一带正电q 的质量为m 的粒子，粒子只能在轨道上运动，把粒子由静止释放，若要其通过C 点时对轨道无作用力，求2B 的大小。
解：由于r b a <<，故轨道上距O 为R 的某处，涡旋电场强度为22122B r kr E R t R∆==∆方向垂直于R 且沿逆时针方向，故q 逆时针运动。
q 相对O 转过θ∆角时，1B 对其做功为22kr W F x Eq x q R Rθ∆=∆=∆=∆而2B 产生的洛伦兹力及轨道支持力不做功，故q 对O 转过θ角后，其动能为22122k kr Emv W q θ==∆=∑q 的速度大小为v =q 过C 时，()320,1,2,2n n θππ=+=C 处轨道不受力的条件为22mv qvB ρ=其中ρ为C 处的曲率半径，可以证明：2a b ρ=（证明略）将v 和θ的表达式代入上式可得)20,1,2,B n ==2、 两根长度相等，材料相同，电阻分别为R 和2R 的细导线，两者相接而围成一半径为a 的圆环，P Q 、为其两个接点，如图所示，在圆环所围成的区域内，存在垂直于图面、指向纸内的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间增大的变化率为恒定值b 。
已知圆环中感应电动势是均匀分布的，设M N 、为圆环上的两点，M N 、间的圆弧为半圆弧的一半，试求这两点间的电压()M N U U -。
解：根据法拉第定律，整个圆环中的感应电动势的大小2E r b tπ∆Φ==∆ （1） 按楞次定律判断其电流方向是逆时针的，电流大小为 23E EI R R R==+ （2） 按题意，E 被均匀分布在整个圆环上，即MN 的电动势为4E ，NQPM 的电动势为34E ，现考虑NQPM ，在这段电路上由于欧姆电阻所产生电势降落为()22I R R +，故3242M N R U U E R I ⎛⎫-=-+ ⎪⎝⎭ （3） 由（1）、（2）、（3）式可得2112M N U U r b π-=-（4） 当然，也可采用另一条路径（MTN 圆弧）求电势差()211424321212N M M N E R E E R U U I E r b U U R π-=-=-===-- 与（4）式相符。
电磁学考试思考题含答案
制流电路与分压电路实验接线的基本原则是什么？电学实验基本的操作规程是什么？按电流的流向逐个进行连接。
1. 规程先接线.后通电源.电线不能和电器并联.ZX21型电阻箱的示值为9563.5Ω，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值。
ZX21型电阻箱各档对应的准确度a%为：9x10000~0.1%，9x1000~0.1%，9x100~0.5%，9x10~1%，9x1~2%，9x0.1~5%，最大允许绝度误差ΔR 为ΔR=Rxa%所以该题计算结果为9000x0.1%+500x0.5%+60x1%+3x2%+0.5x5%=12.185 (Ω)当R=9563.5Ω时U B (R)=(9000×0.1%+500×0.1%+60×1.0%+3×2.0%+0.5×5.0%)/3=7.03Ω静电场的描绘1. 如果二电极间电压U 增强一倍，等位线，电力线的形状是否会变化？(正确)2. 如果在描绘圆柱型电容器的等势线时，所用的电压表为1.5级(即ΔU/U m =0.015，U m 为量程电压值)，若ΔR A 和ΔR B 很小，可以略去，求：各种电势等势的半径相对不确定度。
021.0015.0015.0)()()(222002=+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=U U U U U U r r U r r 用惠斯通电桥测电阻1. 假如在测量过程中检流计指针始终偏到某一边，或总不偏转，无法调到平衡试找出其可能的原因(各回答二个原因)。
(正确)2. 箱式电桥中比例臂的选取原则是什么？(正确)3. 为什么要测量电桥的灵敏度？(正确，课本有答案)4. 电桥的灵敏度与哪些因素有关？ (正确，课本有答案)5. 怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成的系统误差？(正确，课本有答案)6.电桥的灵敏度是否越高越好？为什么？(正确，课本有答案)7.惠斯通电桥实验中检流计在测量电路中的作用是什么？它的表面和指针有什么特点？(不正确)磁场的描绘1.如何证明磁场是符合叠加原理的？(正确)2.亥姆霍兹线圈能产生强磁场吗？为什么？(正确)低电阻的测量3.怎样检验测量到的R x值有否因电阻箱不准而造成的系统误差？怎样消除这的影响？(正确)1.若四端待测低值电阻的电流端、电压端内外接反了（电流方向未错），标准电阻Rs未接反，对实验结果有何影响？为什么？(正确)2.为什么双臂电桥能够大大减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响？(正确)3.为了减小电阻率ρ的测量误差在被测量R X、d和l三个直接测的量中，应特别注意哪个物理量的测量？为什么？4.如果低电阻的电流接头和电压接头互相接错，这样做有什么不好？(正确)电表改装1.零点和满度校准好后，之间的各刻度仍然不准，试分析可能产生这一结果的原因。
全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考标准答案-力学
全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验二 在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1．试测量气轨倾斜角度β，并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。
答：测量β的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨的长度L ，测出垫块的高度h ，L h =βsin 。
测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2）滑块装上U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。
（3）计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较，其中sv v a 22122-=。
注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。
道理如下：=-=f a a a 下s v v 22122-，s v v a a a f 22423-=+=上，所以sv v v v a 421242322--+= 2．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。
答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间t ，根据匀变速运动公式，有at v v v B A +==，而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ，测出t ，计算出t l v =，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截距，其斜率的绝对值为a /2，截距为A 点的瞬时速度v 。
【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。
滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。
即bv f =。
高中物理竞赛电磁学专题练习20题（带答案详解）
高中物理竞赛电磁学专题练习20题（带答案详解）一、解答题1．如图所示，长直螺旋管中部套有一导线围成的圆环，圆环的轴与螺旋管的轴重合，圆环由电阻不同的两半圆环组成，其阻值1R 、2R 未知．在两半圆环的结合点A 、B 间接三个内阻均为纯电阻的伏特表，且导线0A V B --准确地沿圆环直径安放，而1A V B --、2A V B --分置螺旋管两边，长度不拘，螺旋管中通有交流电时发现，0V 、1V 的示数分别为5V 、10V ，问：1V 的示数为多少？螺旋管外的磁场及电路的电感均忽略不计2．图1、2、3所示无限长直载流导线中，如果电流I 随时间t 变化，周围空间磁场B 也将随t 变化，从而激发起感应电场E ．在载流导线附近空间区域内，B 随t 的变化，乃至E 随t 的变化可近似处理为与I 随时间t 变化同步．距载流导线足够远的空间区域，B 、E 随t 的变化均会落后于I 随t 的变化．考虑到电磁场变化传播的速度即为光速，如果题图讨论的空间区域线度尽管很大，题图讨论的空间区域线度尽管很大，即模型化为图中即模型化为图中x 可趋向无穷，可趋向无穷，但这一距离造成的但这一距离造成的B 、E 随t 的变化滞后于I 随t 变化的效应事实上仍可略去．在此前提下，求解下述问题（1）系统如图1、2所示，设()I I t =①通过分析，判定图1的xOy 平面上P 处感应电场场强P E 的三个分量Px E 、Py E 、PzE中为零的分量中为零的分量②图2中12l l ⨯长方形框架的回路方向已经设定，试求回路电动势ε③将图1中的P 、Q 两处感应电场场强的大小分别记为P E 、Q E ，试求P Q -E E 值 （2）由两条无限长反向电流导线构成的系统如图3所示，仍设()I I t =，试求P 处感应电场场强P E 的方向和大小3．现构造如图1所示网络，该网络为无穷正方形网络，以A 为原点，B 的坐标为()1985,930．现在两个这样的网络C C A B 和L L A B ，其单位长度上所配置的电学元件分别为电容为C 的电容器及电感为L 的线圈，且网络中的电阻均忽略不计，并连接成如图2所示的电路S 为调频信号发生器，可发出频率()0,f Hz ∈+∞的电学正弦交流信号．即()0sin 2πS U U ft =，0U 为一已知定值，R 为一已知保护电阻为一已知保护电阻试求干路电流达到最大时，S 的频率m f 以及此时干路的峰值电流max I4．在空间中几个点依次放置几个点电荷1q ，2q ，3q ，4q ，…，n q ，对于点i ，其余1n -个点电荷在这一点上的电势和为i U ，若在这n 个点上换上另n 个点电荷1q '，2q '，3q '，…，n q '，同理定义()1,2,,i U i n '=L（1）证明：()112nni i i i i i qU q U n ==''=≥∑∑（2）利用（1）中结论，证明真空中一对导体电容器的电容值与这两个导体的带电量无关．（这对导体带等量异号电荷）（3）利用（1）中的结论，中的结论，求解如下问题：求解如下问题：求解如下问题：如图所示，如图所示，如图所示，正四面体正四面体ABCD各面均为导体，但又彼此绝缘．已知带电后四个面的静电势分别为1ϕ、2ϕ、3ϕ和4ϕ，求四面体中心O点的电势O ϕ5．有七片完全相同的金属片，有七片完全相同的金属片，面积为面积为S ，放置在真空中，放置在真空中，除除4和5两板间的间距为2d 外，其他相邻两板间距均为d ，且1和5、3和7用导线相连，试求：（1）4与6两板构成的电极的电容（2）若在4和6间加上电压U ，求各板的受力．6．如图所示，一电容器由一圆形平行金属板构成，金属板的半径为R ，间距为d ，现有一点P ，在两金属板的中位面（即平行于两板，且平分两极板所夹区域的平面）上，P 到两中心O 的距离为()0R r r +>R ，已知极板所带的面电荷密度为σ±，且R r d ??，试求P 点的场强大小P E7．在一环形铁芯上绕有N 匝外表绝缘的导线，导线两端接到电动势为ε的交流电源上，一电阻为R 、自感可略去不计的均匀细圆环套在这环形铁芯上，细圆环上a 、b 两点间的环长（劣弧）为细圆环长度的1n．将电阻为r 的交流电流计G 接在a 、b 两点，有两种接法，分别如图1、图2所示，试分别求这两种接法时通过G 的电流8．有一个平面正方形无限带电网络，每个格子边长均为r ，线电荷密度为()0λλ>，有一带电电量为()0Q Q >、质量为m 的粒子恰好处于一个格子的中心，若给它某个方向的微扰，使其位移d ，d r =．试求它受到电场力的大小，并描述它以后的运动．（提示：可能用到的公式2222π11116234=++++L ）9．（1）一维电磁驻波()()sin x E x A k x =在x 方向限制在0x =和x a =之间．在两个端点处驻波消失，求x k 的可能值．的可能值．（2）弦理论认为物理空间多于三维，多出的隐藏维空间像细圆柱的表面一样卷了起来，如图中y 坐标所示，设圆柱的半径为()b a =，在圆柱面上电磁波的形式为()()(),sin cos x y E x y A k x k y =，其中y 是绕圆柱的折叠空间的坐标．求y k 的可能值．的可能值．（3）光子能量222πx yhc W k k =+，其中()1239hc eV nm =⨯，eV 表示1电子伏特，1nm 等于910m -．目前人类能产生的最高能量的光子大约为121.010eV ⨯．如果该能量能够产生一个折叠空间的光子，b 的值满足什么条件？10．在图1所示的二极管电路中，所示的二极管电路中，从从A 端输入图2所示波形的电压，所示波形的电压，若各电容器最初都若各电容器最初都没有充电，试画出B 、D 两点在三个周期内的电压变化．将三极管当作理想开关，B 点电压的极限是多少？电压的极限是多少？11．理想的非门可以视为一个受控电压源：理想的非门可以视为一个受控电压源：当输入端电压小于当输入端电压小于6C U V =时，输出端相当于和地线之间有一个理想电压源，电源电压012U V =；当输入端电压大于C U 时，输出端相当于和地线之间短路．出端相当于和地线之间短路．等效电路图如图等效电路图如图1所示．不同非门中接地点可以视为是同一个点，我们利用非门、电容和电阻能够做成一个输出方波信号的多谐振荡器．给出图2电路中02U 随着时间的变换关系．提示：如图3的RC 电路，从刚接通电路开始，电容上的电压随时间变化规律为()()01t RC U t U e -=- 12．如图所示，在圆形区域中（足够大），有垂直于纸面向内随时间均匀增加的磁场B kt∆=∆．在与圆心O 距离为d 的位置P 处有一个钉子，钉住了一根长度为l ，质量为m 的均匀绝缘棒的中心，绝缘棒能在平面内自由无摩擦地自由转动．绝缘棒能在平面内自由无摩擦地自由转动．绝缘棒上半截均匀带绝缘棒上半截均匀带正电，电量为Q ，下半截均匀带负电，电量为Q -．初始时刻绝缘棒垂直于OP（1）计算在P 点处钉子受到的压力（2）若绝缘棒受到微小扰动，在平面内来回转动起来（速度很小，洛仑兹力可以忽略），求证此运动是简谐振动，并计算周期．（绝缘棒绕质心的转动惯量为2112I ml =）13．如图1所示的电阻网络中，图中各段电阻的阻值均为r（1）试求AB R 、AC R（2）现将该网络接入电路中，如图2所示．AC 间接电感L ，A 、B 间接一交流电源，其角频率为ω，现为提高系统的动率因数，在A 、B 间接一电容C ，试求使功率因数为1的电容C ，已知rL αω=14．两个分别绕有1N 和2N 匝的圆线圈，半径分别为1r ，2r 且21r r =，设大圆的电阻为R ，试求：（1）两线圈在同轴共面位置的互惑系数（2）在小线圈中通以稳恒电流I ，并使之沿轴线以速度v 匀速运动．始终保持二者共轴，求两线圈中心相距为x 时，大线圈中的感生电动势（3）若把小线圈从共面移到很远处，求大线圈中通过的感生电量．（忽略所有自感） 15．如图所示为一两端无限延伸的电阻网络，设每小段电阻丝电阻均为1Ω，试问：A 、B 间等效电阻AB R 为多少？（结果保留三位有效数字）为多少？（结果保留三位有效数字）16．如图a 所示，电阻101k R R ==Ω，电动势6V E =，两个相同的二极管D 串联在电路中，二极管D 的D D I U -特性曲线如图b 所示．试求： (1)通过二极管D 的电流；的电流； (2)电阻1R 消耗的功率．17．如图甲所示，两台发电机并联运行，共同供电给负载，负载电阻24R =Ω．由于某种原因，两台发电机的电动势发生差异，1130V ε=、11r =Ω、2117V ε=、20.6r =Ω．求每台发电机中的电流和它们各自发出的功率．18．如图1所示的无限旋转内接正方形金属丝网络由一种粗细一致、所示的无限旋转内接正方形金属丝网络由一种粗细一致、材料相同的金属丝材料相同的金属丝构成，其中每一个内接正方形的顶点都在外侧正方形四边中点上．其中每一个内接正方形的顶点都在外侧正方形四边中点上．已知与最外侧正方形已知与最外侧正方形边长相同的同种金属丝A B ''的电阻为0R ，求网络中 (1)A 、C 两端间等效电阻AC R ； (2)E 、G 两端间等效电阻EC R ．19．正四面体框架形电阻网络如图所示，其中每一小段的电阻均为R，试求：(1)AB两点间的电阻；(2)CD两点间的电阻．20．在如图所示的网络中，仅知道部分支路上的电流值及其方向、某些元件参数和支路交点的电势值（有关数值及参数已标在图甲上），请你利用所给的有关数值及参数求出含有电阻x R的支路上的电流值x I及其方向．参考答案1．220V U V =或0． 【解析】【解析】 【详解】因螺旋管中通有交流电，故回路中产生的电动势也是交变的，但可以仅限于某确定时刻的感生电动势、电压和电流的瞬时值，这是因为在无电感、电容的情况下，各量有效值的关系与瞬时值的关系相同．（1）当12R R <，取A B U U >时，回路中的电流如图所示，则时，回路中的电流如图所示，则0001102V I R I R ε+-=，0100102V V I R I R ε'+-=，2202V I R I R ε-+=，0200202V V I R I R ε'-+=．整理可得0120001202V V V V I R I R I R I R ε''=+=-．所以，2201201220V V V V U I R I R I R V ''==+=（2）当12R R >，取A B U U <时，0I 反向，其他不变，则1020010202V V V V I R I R I R I R ε''=-=+所以，221021020V V V V U I R I R I R ''==-=（此时20R =，即2R 段为超导体，10R ≠） 综上所述，220V U V =或02．（1）①0PzE =②012d ln2πd l x l l t x με+⎛⎫= ⎪⎝⎭ ③02d ln 2πd P Q x l I E E t x μ+⎛⎫-= ⎪⎝⎭（2）()0d ln 2πd P I d x E x t x μ-⎛⎫= ⎪⎝⎭，基准方向取为与y 轴反向轴反向 【解析】 【详解】（1）①若0Pz E ≠，则在过P 点且与xOy 坐标面平行的平面上，取一个以x 为半径，以y 轴为中央轴的圆，设定回路方向如题解图所示．由系统的轴对称性，回路各处感应电场E 的角向分量与图中Pz E 方向一致地沿回路方向，且大小相同，由E 的回路积分所得的感应电动势0ε≠．另一方面，电流I 的磁场B 在该回路所包围面上磁通量恒为零，磁通量变化也为零，据法拉第电磁感应定律应有0ε=．两者矛盾，故必定是0Pz E =．若0Py E ≠，由系统的轴对称性，在题解图1的圆柱面上各处场强E 的y 方向分量方向、大小与图中Py E 方向、大小相同．若取一系列不同半径x 的同轴圆柱面，每个圆柱面上场强E 的y 方向分量方向相同、方向分量方向相同、大小也相同，但大小应随大小也相同，但大小应随x 增大而减小．这将使得题文图2中的矩形回路感生感应电动势0ε≠，与法拉第电磁感应定律相符，因此允许0Py E ≠若0Px E ≠，由轴对称性，题解图1的圆柱面上各处场强E E 的径向分量方向与Px E 对应的径向方向一致，两者大小也相同．将题解图1中的圆柱面上、下封顶，成为一个圆筒形高斯面，上、下两个端面d ⋅E S 通量积分之和为零，侧面d ⋅E S 通量积分不为零，这与麦克斯韦假设所得1d d 0se sV V ρε⋅==⎰⎰⎰⎰⎰ÒE S矛盾，故必定是0Px E =②据法拉第定律，参考题文图2，有()21d d d x l xB x l x t ε+=--⎰，其中()02πI B x x μ= 所以，001221d d ln ln d 2π2πd Il x l x l l l t x t x μμε++⎛⎫⎛⎫=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭③据麦克斯韦感应电场假设，结合（1.1）问解答，有）问解答，有 ()()121=d LE l E x l E x l l ε⋅=-+⎰Ñ结合①②问所得结果，有()()012121d ln 2πd l x l I E x l E x l l t x μ+⎛⎫-+= ⎪⎝⎭ ()()022d ln 2πd x l IE x E x l t xμ+⎛⎫-+= ⎪⎝⎭ 即得()()022d ln2πd P Q x l I E E E x E x l t x μ+⎛⎫-=-+=⎪⎝⎭ （2）从物理上考虑，远场应()220l E x l →∞+→代入上式，得()202d ln 2πd Pl x l I E E xt x μ→∞+⎛⎫==→∞⎪⎝⎭为行文方便，将P E 改述为()02d ln2πd z PP l x l IE E xt x μ→∞+⎛⎫→=→∞⎪⎝⎭()P E x 为发散量，系因模型造成，并非真实如图所示，由左侧变化电流贡献的()P x 左E 和右侧变化电流贡献的()P x 右E合成的()PE x ，基准方向取为与y 轴反向．轴反向．即有()()()P P P E x E x E x =-左右()()00d d ln ln 2πd 2πd P x d x lx l I I E x t x t x μμ∞+-++⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭左右()()()00d d ln ln 2πd 2πd P d x l d x x lI I E x t d x t d x μμ∞-+-++⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭右左 使得()()0d ln 2πd P I d x E x E x t xμ-⎛⎫== ⎪⎝⎭3．0maxU I R =，12π2πm f LCω== 【解析】【解析】 【详解】不妨设电感网络等效电感AB L L α=，则其阻抗L αω=Z j （j 为单位虚根）为单位虚根） 又由于C C A B 与L L A B 的结构相同，故在阻抗上形式具有相似性，故在阻抗上形式具有相似性，有有1C C αω=⋅Z j ，从而总阻抗11LCRR L RL C C αωααωωω⎛⎫⎛⎫=++=+-=+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ZZZZj j j 又峰值0U I =Z ，所以，1222001I U R L C ααω-⎡⎤⎛⎫⎥=⋅+- ⎪⎢⎝⎭⎣⎦所以，当10L Cωω-=，即1LCω=时，0I 最大 此时，0maxU I R =，而12π2πm f LCω== 4．（1）证明见解析（2）证明见解析（3）12344Oϕϕϕϕϕ+++=【解析】 【详解】（1）设i 点对j 点所产生的电势为ij i a q ，同理易知j 点对i 点产生电势为ji j a q ，而对于此二点系统，我们有ij j ji i U q U q =，即ij i j ji j i a q q a q q = 所以，ij ji a a =，易知ij a 为只与位置有关的参量．又1231231n ni i i i i n ij j j U a q a q a q a q a q ==++++=∑L （令0ii a =）则1231231n nii i i i nij j j U a q a q a q a q a q =''''''=++++=∑L（ij a 只与位置有关）所以，111,1111nnn n n nn i i i ij j ij i j i ij j i i i i j i j i j i qU q a q a q q q a q q U =======⎛⎫⎛⎫'''''==== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑∑∑∑∑∑所以原式（格林互易定理）成立（2）分别设两导体前后所带静电分别为1Q ±，2Q ±，其对应的电容分别为1C 、2C则由（1）知，()121122121221ni i i qU QU QU Q U U ='=-=-∑（其中21U ，22U 为带2Q ±时两导体电势）同样()211212211121ni i i q U Q U Q U Q U U ='=-=-∑（其中11U ，12U 为带1Q ±时两导体电势）时两导体电势）由（1）知二者相等，则()()1212221112Q U U Q U U -=-所以，121211122122Q Q C C U U U U ===--即与导体带电量多少无关．即与导体带电量多少无关．（3）由题意，设四个面与中心O 的电荷量分别为1q 、2q 、3q 、4q 、0 同时，四个面与中心的电势分别为1ϕ、2ϕ、3ϕ、4ϕ、O ϕ．现将外面四个面接地，中心放一个电量为Q 的点电荷，中心电势为U ，而四个面产生的感应电荷都相等，为4Q-，则此时四个面与中心O 的电荷和电势分别为4Q -、4Q -、4Q -、4Q-、Q ；0、0、0、0、U由格林互易定理可得123404444O Q Q Q Q U ϕϕϕϕϕ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⋅-+⋅-+⋅-+⋅-+⋅=⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭即可得12344O ϕϕϕϕϕ+++=5．（1）04616161919S C C d ε==（2）24232361U S F d ε=，方向向上；25213722U S F dε=，方向向下；206216722U S F d ε=，方向向上；207281722U SF d ε=，方向向上【解析】 【详解】【详解】（1）由4与6两板构成的电极的电容结构可等效为图所示的电容网络，其中图101223345667SC C C C C C dε======，04522SC C dε==．由图可知，各电容器所带的电量满足342356Q Q Q =+，451267Q Q Q +=，2312Q Q =． 各支路的电压满足如下关系：各支路的电压满足如下关系：3456Q Q U C C +=，45672Q Q U C C +=，23566712Q Q Q Q C C C C+=-． 由上述各式解得1223119Q Q CU ==，341019Q CU =，45619Q CU =，56919Q CU =，67719Q CU =，则344504616161919Q Q S C C U dε+===．为求4、6端的电容，我们也可通过先求如图左所示的电阻网络的阻值，进而求得电容．将图中O ABC -的Y 形接法部分转化为△接法，得到图2右所示电路，其阻值如图所示，进而易得到进而易得到461916R R =． 直流电路的电阻、电压、电流之间有U I R=． 由电容组成的电路的电容、电压、电量之间有Q CU =． 类比有1C R~．且上述的电阻电路与电容电路匹配，所以，46461C R ~，即有04616161919S C C dε==．（2）由于各板的受力为系统中其他板上的电荷在该板处产生的电场对其板上电荷的作用力，故而通过高斯定理易求得各板处的场强，进而求得各板的受力为2121111202722U S Q F E Q Q dεε==⋅=，方向向下，在原系统中． （1E 求法：1板上侧面不带电，下侧面带电12Q ，正电，即011219USQ Q dε==，由电荷守恒知，27~板带电总量为1Q ，为负电，将27~视为整体，由高斯定理易得到1102Q E ε=）下面符号i Q 表示第i 块板所带的总电量．2220F E Q ==．（该板显然有20Q =）2456701233332009922722Q Q Q Q U S Q Q F E Q Q d εεε⎛⎫++++==-⋅= ⎪⎝⎭，方向向下．，方向向下．式中00033423109191919US US US Q Q Q d d d εεε=-+=-+=-，0434451619US Q Q Q d ε=+=， 054556319US Q Q Q d ε=-+=，656671619US Q Q Q d ε=--=-， 0767719USQ Q d ε=-=-．同理可得：24232361U S F d ε=，方向向上；，方向向上；205213722U SF d ε=，方向向下； 206216722U S F dε=，方向向上； 27281722U SF dε=，方向向上．6．02πP dE rσε=【解析】【解析】 【详解】我们用磁场来类比，引入假想的磁荷1m q 、2m q ，且定义，且定义123014πm m q q r μ==F r ，且1213014πm m q q r μ==F H r ． 下面我们通过磁偶极子与环电流找到联系：下面我们通过磁偶极子与环电流找到联系：对于一1m ±q 的磁偶极子，磁矩m m q =p l ，而对于一个电流为I 的线圈，磁矩0m I μ'=p S ，当m m '=p p 时，有0m q I μ=l S ．对于此题，我们认为上、下两极板带磁荷面密度为m σ±，则对于S ∆面积中的上、下磁荷，我们看作磁偶极子，则若用环电流代替，有0m Sd I S σμ∆=∆，所以，0m dI σμ=．于是，该两带电磁荷板可等效为许多小电流元的叠加，该两带电磁荷板可等效为许多小电流元的叠加，而这样的电流源会在内部抵消，而这样的电流源会在内部抵消，而这样的电流源会在内部抵消，最后最后只剩下最外层一大圆，且0mdI σμ=．在P 点处的磁场强度，由于R r，故可认为由一距P 距离为r 的无限长通电导线所产生，且其中的电流为I ，则002π2πm Pd B IH r r σμμ===． 由于电、磁场在引入磁荷后，在形式上完全一样，则02πP d E rσε=7．()21n N n R n r ε⎡⎤-+⎣⎦ 【解析】 【详解】【详解】解法（1）：细圆环中的电动势为R Nεε=．细圆环上ab 段的电阻为段的电阻为劣弧ab R R n=． 优弧()1ab n R R n-'=．如题图1中接上G 后，G 的电阻r 与ab R 并联，然后再与ab R '串联，这时总电阻便为串联，这时总电阻便为()11ab ab abn RrR rRR R r R nr R n -'=+=+++．于是，总电流（通过优弧ab R '的电流）为()1111RI n R R NrR nr R nεε==⋅-++．（请读者自行推导此式）则通过G 的电流为()11121RR nn i I I Rnr R N n R n r rnε===+⎡⎤-+⎣⎦+．（请读者自行推导此式）解法（2）：如题图2中接上G 后，G 的电阻r 与abR '并联，然后再与ab R 串联，这时总电阻便为()()211ab ab abn rRrR R R R nr n Rnr R '-=+=++-'+．于是，总电流（通过劣弧ab R 的电流）为()()22111RI n rR R N R nr n R n εε==⋅-++-，则通过G的电流为()()2211n n i N n R n r ε-=⎡⎤-+⎣⎦8．故对于一微扰位移为d 的粒子，有()20π02Q Q r λλε=->F d ，粒子做简谐振动，20π2Q r mλωε= 【解析】 【详解】引理：线电荷密度为()0λλ>的无限长带电线，其在距带电线r 处产生的场强大小为02πE r λε=，方向垂直于带电线向外．，方向垂直于带电线向外． 证明略．证明略．对于本题所给的模型，对于本题所给的模型，建立图示坐标．建立图示坐标．建立图示坐标．因粒子在因粒子在x 轴方向上的受力只与粒子x 方向上的微扰有关，在y 方向上的受力，也只与y 方向上的微扰有关，设粒子在x 方向上有微扰位移x d ，则110021212π2πd 22xi i x Q Q F i i d r x r λλεε∞∞==∆=---⎛⎫⎛⎫+-+⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑． 又由于x d r =，则()()110022*********π2π22xxx i i d d Q Q F i r i r i r i r λλεε∞∞==⎡⎤⎡⎤∆≈--+⎢⎥⎢⎥--⎛⎫⎛⎫⎣⎦⎣⎦-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑()()22221100441ππ2121x xi i Q d Q d r i r i λλεε∞∞===-=---∑∑．又22222222221111111111113523456246⎛⎫⎛⎫+++=-++++++-+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭LL L222222221111111111234564123⎛⎫⎛⎫=++++++-+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭L L 223ππ468=⨯=，所以，2π2x x Q F d rλε∆=-．同理，20π2y y Q F d rλε∆=-． 故对于一微扰位移为d 的粒子，有()20π02Q Q rλλε=->F Fd ， 故粒子做简谐振动，20π2Q r mλωε=9．（1）πx n k a =，1n =，2，3，… （2）y mk b=，1m =，2，3，…（3）12101239102102πb nm nm -->⨯≈⨯【解析】【解析】 【详解】（1）要使得电磁波在两端形成驻波，则长度应是半波长的整数倍，相位满足：πx k a n =，即πx nk a=，1n =，2，3，…．（2）要使得电磁波在y 方向上的形式稳定为()()(),sin cos x y E x y A k x k y =，则圆柱的周长应为波长的整数倍，相位满足：2π2πy k b m =，即y mk b=，1m =，2，3，…． （3）由222πx yhc W k k =+得22121239π102πn m a b ⎛⎫⎛⎫+=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭， 所以，121239102πm m b <，即12101239102102πb nm nm -->⨯≈⨯10．02U 【解析】【解析】 【详解】将过程分为三个阶段，记为α、β、γ．在第一个14周期内，A U 增加，0A D U U >>，因此二极管2D 截止；又因0DB U ≥，二极管1D 保持导通，等效电路如图1所示，在此阶段2D B A U U U ==，记为α然后A U 开始减小，但AD U 保持不变，最初D U 仍然大于零，因此，2D 依然截止．不过D U 正在逐渐减小，所以1D 截止．由于电容上的电荷无处可走，B U 保持不变，AD U 也保持不变．这个阶段一直持续到0D U =，这一过程等效电路如图2所示，记为β．不过，0D U <是不可能的，所以0D U =直至0A U U =-．这一过程等效电路如答图3所示，记为γ．下面A U 又从0U -开始增加，然后AD U 又保持在0U -不变（再次处于β阶段），而B D U U >停留在02U ，直到D U 升至B U ．当D B U U =时β阶段结束．阶段结束． 而后新的α阶段又开始了．每个周期均按αβγβ---的次序通过各个阶段，但是电路并不是随时间周期变化的，这可以从图4中看出．B U 等比地趋近于02U ，即是说00322B U U U -→，034U ，038U ，0316U ，…．这个电路称为电压倍增器 11．见解析．见解析 【解析】 【详解】将多谐振荡器电路等效为图示电路，可见电流只在0102U R C U ---回路中流动．假设系统存在稳态，则电容电量为常数，因而电阻上电流为0，则1G 输入电压等于输出电压，这显然矛盾，因而系统不存在稳态．不失一般性，电容初态电压为0，系统初态010U =，因而0212U V =，电路沿顺时针给电容充电（电阻上的电流I 从下向上为正，电容电量Q 右边记为正）．从0C Q Q CU ==时起，图中i U 的大小开始小于6V ，门反转，将此后直到门再次反转的过程记为过程I ：此时0112U V =，020U =，由于电容上电量不突变，所以，006iQ U V C=-=-．因而电路沿逆时针给电容反向充电，新充入电量为Q ∆．120Q Q V IR C +∆-=--，即18Q VIR C∆=--．i U 不断上升，到达6C U V =时，10C Q Q Q CU =+∆=-时，门反转，此后进入过程Ⅱ．设过程Ⅰ历时t Ⅰ，将18QV IR C ∆=--与题目中的RC 电路满足的0Q U IR C∆=+类比，过程Ⅰ满足的018U V =，()12Q U t V C∆==，则由电容上的电压随时间变化规律()()01t RCU t U e-=-可得：ln 3tRC =Ⅰ． 对于过程Ⅱ，此时010U =，0212UV =，由于电容上电量不突变，所以，11218i Q U V C=-=．因而电路沿顺时针给电容正向充电，新冲入电量为Q '．1012Q Q V IR C '+∆-=--，即18Q V IR C'∆=+． i U 不断上升，到达6C U V =时，210C Q Q Q CU Q '=+∆==，门再次反转，此后又进入过程Ⅰ．同理可得：1ln 3t RC =． 过程Ⅰ、Ⅱ循环进行．因此得方波的信号周期为2ln3T RC =． 12．（1）4klQ （2）2π2π3d m mlT K k Q== 【解析】 【详解】设由变化的磁场产生的涡旋电场大小为E ，则有22ππB E r r t∆⋅=∆，得到2rE k =⋅，方向垂直于与O 的连线．则杆上场强分量为2x k E y =-⋅，2y kE d =-⋅．（1）由于上下电量相反，y 方向的场强为定值，故钉子在y 方向不受力．在x 方向上，其所受电场力（考虑到上下对称）为202d 224l k Q klQ F y y l ⎛⎫=⨯-⋅⋅=⎪⎝⎭⎰． 故钉子压力为4klQ ．（由于电场和y 坐标成正比，因而也可以使用平均电场计算电场力）坐标成正比，因而也可以使用平均电场计算电场力）（2）设绝缘棒转过一微小角度θ，此时，y 方向的电场力会提供回转力矩．（由于力臂是一阶小量，横坐标变化引起的电场力改变也是一阶小量，横坐标变化引起的电场力改变也是一阶小量，忽略二阶以上小量，忽略二阶以上小量，忽略二阶以上小量，因而不必计算电因而不必计算电场力改变量产生的力矩．由于电场几乎是均匀的，所以正电荷受力的合力力臂为4lθ⋅）244k l kdlQM d Q θθ=-⋅⋅⋅⋅=-，而M I θ=，则04kdlQ Iθθ+=．这是简谐方程，故绝缘棒的运动是简谐运动，其周期为2π2π3d m mlT K k Q==． 13．（1）12AB R r =，78AC R r =（2）241916C rααω=+【解析】 【分析】【分析】 【详解】（1）将题图1所示的电阻网络的A 、B 两点接入电路时，可以发现D 、E 等势点，于是DC 、DE 、CE 可去掉．所以，12AB R r =．将A 、C 接入电路时，将原电路进行等效变化，如图甲所示．接入电路时，将原电路进行等效变化，如图甲所示．11711283122AC R r r r r =+=+．（2）将题图1等效为图所示三端网络．等效为图所示三端网络．由（1）知1122AB R R r ==，1278AC R R R r +==，解得114R r =，258R r =．所以图所示虚线框内的等效阻抗为121211121324154496448i Z r r r i L αααω-⎛⎫ ⎪++=++= ⎪+ ⎪+⎝⎭．电路的总复导纳()()()()()22222222214964213244964111213216213216Y i C i C Z r r ααααωωαααα⎛⎫+++ ⎪=+=⋅+-⋅ ⎪++++⎝⎭为使功率因数为1，则复导纳虚部为0．所以，()()2222244964141916213216C r rαααωαωαα+=⋅=⋅+++14．(1) 201221211π2I N r I r μΦ= (2) ()2201212522213π2N N r r Ivx r xμε=+ (3) 201221π2N N r IQ r Rμ=【解析】【解析】 【详解】6.【解析.如图所示，半径为a 的线圈中通以I 的电流，则中轴线上距圆心x 处的磁感强度为()22π00322222022d d 4π2a a II l a B B a x a x a x μμ==⋅=+++⎰⎰P（1）两线圈在同轴共面位置时，1a r =，0x =，当大线圈中通有1I 的电流时，有010112I B N r μ=⋅因为21r r =，所以，212022πB N r Φ=⋅，则201221211π2I N r I r μΦ=（2）当两环中心相距x 时，有()220121211232221π2N N r r I r x μΦ=+，121M I Φ=，12MI Φ=，()22012122121522213πd d d d d d 2N N r r Ivxx t x tr x μεΦΦ=-=-⋅=+（3）d d q I t =220122012211ππ1d 1d d d d 0d 22N N r IN N r I Q q I t t t R R t R rr R μμε⎛⎫Φ⎛⎫====-⋅=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰⎰⎰ 15．112310.465AB I R I I I '⨯==Ω'''++ 【解析】【解析】【分析】 【详解】将该网络压扁，如图1所示，除AB ，BC ，CD ，DA 间各边电阻为1Ω外，其余电阻为12Ω现在我们讨论MNPQ 的内部电阻我们将RSTL 的内部电阻等效为图2所示电路，其中a ，b 为待定值，由于RSTL 与MNPQ全等，则有如图所示的等价关系，此等价关系即1212MQ MQ MP MP R R R R =⎧⎪⎨=⎪⎩下标的1代表图3，2代表图4（1）MP R 的分析的分析①1MP R ，由对称性，去掉NS ，SL ，LQ 得1112112MP ab a b R ab a b ⎛⎫+⋅ ⎪+⎝⎭=⎛⎫++⎪+⎝⎭ ②2MP R ，由对称性，去掉NQ ，得2MP ab R a b=+，从而112112ab ab a b ab a b a b ⎛⎫+⋅ ⎪+⎝⎭=+⎛⎫++ ⎪+⎝⎭，解得312ab a b -=+ （2）MQ R 的分析的分析①1MQ R ．如图5所示，取回路MNPQM ，MRLQM ，RSTLR ，RLTR ，QLTPQ 得()()13412255256452566225643301110222334001110222I I I I I I aI I I I I I aI a I I I bI I a I I I I I -+=⎧⎪⎪---=⎪⎪-++-=⎨⎪----=⎪⎪+----=⎪⎩解得1626364655166721162582482562376252222531332225b ab a b aI I a b a b a I I a b ab a b a I I a b a a I I a b b a I I a ⎧++++⎪=⎪+⎪+++⎪=⎪+⎪⎪⎪++++⎨=⎪+⎪⎪++⎪=⎪+⎪⎪++⎪=⎪+⎩ 故1122316167211626016246460MQ b ab a b I a R b I I I ab a b a++++==++++++ ②2MP R 如图6所示，由回路MNPQM ，MQPM 得()79878930I I I aaI bI aI⎧--=⎨--=⎩，解得7898322a bI Iaa bI Ia+⎧=⎪⎪⎨+⎪=⎪⎩，故()27789344MQa b aaIR I I I a b+==+++．于是有()166721163604416246460312bab a ba b a aba bab a baaba b⎧++++⎪+=⎪+⎪++++⎨⎪-⎪=⎪+⎩⑧⑨令1xa=，由，由⑨⑨得()131xb=--⑩由⑩代入代入⑧⑧化简有2210x x--=．则12x=±又0a>，则0x>，所以，21x=+，所以，()()2132ab⎧=-Ω⎪⎨=+Ω⎪⎩于是ABCD如图7所示，同上步骤可得：所示，同上步骤可得：1618.93I I ''=，2614.55I I ''=，367.19I I ''=，462.64I I ''=，5610.57I I ''=．则112310.465ABI R I I I '⨯==Ω'''++ 16．(1) 2mA D I = (2) 211116mW U P R ==【解析】 【详解】(1)设每只二极管两端的电压为D U ，通过二极管的电流为D I ，则有，则有1222D D DU U I R R ε⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭ 代入题设数据得代入题设数据得()31.50.2510V DDU I =-⨯这是一个在图c 上横轴截距为1.5，纵轴截距为6，斜率为一4的直线方程，绘于c 图可获一直线一直线（称为二极管的负载线）．因D U 、D I 还受二极管D 的伏安线限制，故二极管必然工作在负载线与伏安曲线的交点P 上，如图c 所示．此时二极管两端的电压和电流分别为1VDU =，2mA DI =．(2)电阻1R 上的电压124V D U U ε=-=．其功率211116mW U P R==．【点睛】对于非线元件的伏安特性曲线，一般无法用函数方式表述，用图解的方式确定其静态工作点应该是不二的选择．应该是不二的选择．物理问题中涉及非线性元件或过程时，物理问题中涉及非线性元件或过程时，物理问题中涉及非线性元件或过程时，通过图解法来确定其工作点，通过图解法来确定其工作点，通过图解法来确定其工作点，应应该是这类问题的通行做法．17．110A I =（方向为11I 的方向），25A I =（方向为21I 的方向）；11200W P =，2600W P =-． 【解析】 【分析】 【详解】【详解】这个电路的结构，不能简单地等效为一个串联、并联电路．要计算这种较复杂的电路，可有多种解法．下面提供两种较为常用的方法．方法一：用基尔霍夫定律解．方法一：用基尔霍夫定律解．如图乙所示，设各支路的电流分别为1I 、2I 、3I ． 对节点1：1230I I I --+=． ① 对回路1：112212I r I r εε-=-． ② 对回路2：2232I r I R ε+=．③解①②③式求得()2121122110A r R RI rrr R r R εε+-==++，()121212215A r R RI r r r R r Rεε+-==-++，2112312215A r r I r r r R r Rεε-==++．2I 为负值，说明实际电流方向与所设方向相反．为负值，说明实际电流方向与所设方向相反． 各发电机输出的功率分别为2111111200W PI I r ε=-=， 221111600W P I I r ε=-=-．这说明第二台发电机不仅没有输出功率，而且还要吸收第一台发电机的功率． 方法二：利用电源的独立作用原理求解．当只考虑发电机1ε的作用时，原电路等效为如图丙所示的电路，的作用时，原电路等效为如图丙所示的电路，由图可知()2111122182A r RI rrr R r R ε+==++，2111280A RI I r R==+． 当只考虑发电机2ε的作用时，原电路等效为如图丁所示的电路． 由图可知由图可知将()1222122175A r RI r r r R r Rε+==++122172A RI I r R ==+两次求得的电流叠加，可得到两台发电机的实际电流分别为两次求得的电流叠加，可得到两台发电机的实际电流分别为11112827210A I I I =-=-=（方向为11I 的方向），2212280755A I I I =-=-=（方向为21I 的方向）．同理，可解得各发电机的输出功率同理，可解得各发电机的输出功率 11200W P =，2600W P =-．【点睛】(1)从本题计算结果看出，将两个电动势和内电阻都不同的电源并联向负载供电未必是好事，这样做会形成两电源并联部分的环路电流，使电源发热．(2)运用基尔霍夫定律解题时，对于一个复杂的含有电源的电路，如果有n 个节点、p 条支路所组成，我们可以对每一支路任意确定它的电流大小和方向，我们可以对每一支路任意确定它的电流大小和方向，最后解出值为正说明所设电流最后解出值为正说明所设电流方向与实际方向一致，所得值为负则说明所设电流方向与实际方向相反．这个电路中共有p 个待求电流强度．个待求电流强度．在n 个节点中任意选取其中()1n -个节点，根据基尔霍夫第一定律，列出节点电流方程组，再选择()1m p n =--个独立回路，根据基尔霍夫第二定律，列出回路电压方程组，个独立回路，根据基尔霍夫第二定律，列出回路电压方程组，从而得从而得到p 个方程即可求解．(3)处理复杂的电路的方法有很多，各种方法的优点与不足是在比较中领会的，对于某一道具体的试题，该用何种方法，取决于你的经验与临场的判断．事实上，这些方法也不存在优劣之分，只是在具体的过程中可能存在繁易的差别．18．(1) 00.659AC R R = (2)0321321EG R R -+++=【解析】【分析】【分析】【详解】(1)先考察B 、D 连线上的节点．由于这些节点都处于从A 到C 途径的中点上，在A 、C 两端接上电源时，这些节点必然处在一等势线上．因此可将这些节点“拆开”，将原网络等效成如图2所示网络．所示网络．。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案解析-电磁学
实验十一 学习使用数字万用表【思考题参考答案】1．调节电阻箱的电阻为500Ω和5Ω时，电阻的误差是多大？答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002Ω为例。
对于500Ω电阻从0和9999Ω接线柱输出，误差为Ω=⨯+⨯=∆512.0002.06%1.0500R对于5Ω电阻从0和9.9Ω接线柱输出，误差为Ω=⨯+⨯=∆009.0002.02%1.05R2．电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？ 答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110==R 。
这需要电阻箱的100⨯R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。
3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？答：最大数字为199.99mV 。
最小分辨率为0.01mV 。
4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？答：我们以0.5级的三位半表为例，()一个字+±=∆x U U %5.0。
2V 量程测量直流电压1.5V 时 ()mV mV V U 5.815.1%5.0±=+⨯±=∆2V 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV V U 8.1115.0%5.0±≈+⨯±=∆200mV 量程测量直流电压0.15V 时()mV mV mV U 9.01.0150%5.0±≈+⨯±=∆可见，测量小电压尽量选用低量程档。
5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000Ω左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A 5.40045.020009==，这个电流远大于微安表头的满量程电流。
物理实验思考题答案
1、电磁感应【Q】在实验中我们发现，旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力，发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力〔磁阻尼力〕，这个阻尼力会影响实验精度吗？【A】并不会影响实验精度，且铝盘会以一个恒定的频率在转动！原因：步进电机的工作原理，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
因此，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。
【Q】大家是否发现在我们这个实验中，铝盘上面挖了六个小孔，你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗？【A】小孔会对牵引力产生影响，牵引力相比没孔的铝盘会变小；每一根铝丝两端都会产生感应电动势，铝盘就相当于多个电源的并联，但是由于小孔的存在，产生的电流可能不稳定，牵引力会有小幅波动，但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首【Q】测量磁悬浮力或牵引力时，永磁体的位置对结果有什么影响？比方正对着铝盘圆心与偏离角度的区别；还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比，大小如何？【A】做了几次试验，发现当磁铁在盘内较大距离时力不大，到盘边时较大，远离盘后减小。
可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数，有水平渐近线。
【Q】大家想一下，如果那个轴承完全无摩擦，那么它的转速会无限增大吗？【A】【Q】如何改良？？【A】此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针，因为我们在做距离和力的大小的关系试验中，每次都要将测力器杆取出，然后重新固定，这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢？所以可以增加一个角度小指针，来校正测力杆放置的方向，减免误差我们是准备加一个升降装置的，最好带刻度的。
1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时，测得的转速不是很稳定，而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。
所以我建议增加轴承上计数孔的个数，这样测得的数目会增多，可以减小不稳定因素的干扰，所得读数会相对集中一些。
2.我做实验时的传感器支架稳定性不好，每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时，旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-电磁学
实验十一 学习使用数字万用表【思考题参考答案】 1．调节电阻箱的电阻为500和5时，电阻的误差是多大答：以级为例，以每个接点的接触电阻按为例。
对于500电阻从0和9999接线柱输出，误差为Ω=⨯+⨯=∆512.0002.06%1.0500R对于5电阻从0和接线柱输出，误差为Ω=⨯+⨯=∆009.0002.02%1.05R；2．电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110==R 。
这需要电阻箱的100⨯R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。
3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少最小分辨率是多少答：最大数字为。
最小分辨率为。
4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为，测量误差为多少如果测量值为，测量误差为多少如果换用200mV 量程测量直流电压，误差为多少答：我们以级的三位半表为例，()一个字+±=∆x U U %5.0。
2V 量程测量直流电压时 ()mV mV V U 5.815.1%5.0±=+⨯±=∆ 2V 量程测量直流电压时()mV mV V U 8.1115.0%5.0±≈+⨯±=∆|200mV 量程测量直流电压时()mV mV mV U 9.01.0150%5.0±≈+⨯±=∆可见，测量小电压尽量选用低量程档。
5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A 5.40045.020009==，这个电流远大于微安表头的满量程电流。
6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过，或者被测电阻两端无电压。
国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案及解析_电磁学
实验十一学习使用数字万用表【思考题参考答案】1．调节电阻箱的电阻为500和5时，电阻的误差是多大？答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002为例。
对于500电阻从0和9999接线柱输出，误差为512.0002.06%1.0500R对于5电阻从0和9.9接线柱输出，误差为009.0002.02%1.05R2．电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110R。
这需要电阻箱的100R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。
3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？答：最大数字为199.99mV 。
最小分辨率为0.01mV 。
4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为 1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？答：我们以0.5级的三位半表为例，一个字x U U%5.0。
2V 量程测量直流电压 1.5V 时mV mV V U5.815.1%5.02V 量程测量直流电压0.15V 时mV mVVU 8.1115.0%5.0200mV 量程测量直流电压0.15V 时mVmVmVU 9.01.0150%5.0可见，测量小电压尽量选用低量程档。
5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A5.40045.020009，这个电流远大于微安表头的满量程电流。
6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻？答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过，或者被测电阻两端无电压。
对电源内阻来说，一旦用电阻档测量，电源就为内阻提供了电流，这样容易烧毁电表。
16~29届全国中学生物理竞赛电磁学专题答案解析
电磁学专题答案（16）三、参考解答根据题中所给的条件，当圆环内通过电流I 时，圆环中心的磁感应强度012B rμ=穿过圆环的磁通量可近似为 02BS Ir μφπ≈=（1）根据法拉第电磁感应定律，电流变化产生的感生电动势的大小02Ir t t μφπ∆∆==∆∆E （2） 圆环的电阻 02r IR I I tμπ∆==∆E （3）根据题设条件 0.05m r =，720410N A μπ=⨯⋅－－，100A I =，61410A/s 310A/s It∆≤≈⨯∆－－,代入（3）式得 23310R ≤⨯Ω－ （4）由电阻与电阻率ρ、导线截面积S 、长度L 的关系L R Sρ= 及已知导线的直径1mm d =，环半径5cm r =，得电阻率2297.510m 8S d R R L rρ===⨯Ω⋅－ （5）五、参考解答 解法一：1．（1）电阻图变形．此题连好的线路的平面图如图预解16-5-1所示． 现将电阻环改画成三角形，1、3、5三点为顶点，2、4、6三点为三边中点，如图预解1—5-2与图预解16-5-3所示．整个连好的线路相当于把n D 的三个顶点分别接到1n D -的三个中点上，图预解16-5-1变为图预解16-5-4．这样第1问归结为求图预解16-5-4中最外层三角环任意两顶点间的等效电阻。
（2）递推公式．为使图形简化，讨论如何将接好的两个电阻环化简成为一个单环。
由六个阻值为r 的电阻构成一个三角环，将其顶点接在另一由六个阻值为R 的电阻构成的三角环的中点上（如图预解16-5-5所示）。
图预解16-5-6是由六个阻值为R '的电阻构成的三角环。
若图预解16-5-5顶点1、3间的电阻与图预解16-5-6顶点l 、3间的电阻阻值相等，我们称图预解16-5-6中的R '为等效单环电阻．用符号“//”表示电阻的并联，如 1//(1/)(1/)B AB A R R R R =+由图预解16-5-5中的对称性可知l 、3两顶点间的电阻1,3R 等于图预解16-5-7中1、0间的电阻1,0R 的2倍，即131,0222{[////(2)]}//12//1112432//231433R R R r r R RR R R r r rR R Rr R r R R r R=+⎡⎤+⎢⎥=++⎢⎥⎣⎦+=++=+，= 1//3R r R =+ （1）同理，图预解16-5-6中1、3两顶点间的电阻1,3R 为1,342[(2)//]3R R R R '''== （2）由（1）、（2）式得等效单环电阻R '为31//44R R r R '=+ （3）2. 第一问现在考虑把1D 、2D 、3D 、4D 、5D 按相反的次序，由内向外依次连接的情况．首先将4D 接在5D 外面，求双环54D D -的等效单环电阻(2)R 〔即（3）式中的R '〕．这时r R =．由（3）式得到(2)R 为(2)317//448R R R R R =+= 其次，在双环54D D -外面接上3D ，这时(2)r R =．三环534D D D --的等效单环电阻(3)R 为(3)(2)3131713////4444815R R R R R R R R ⎛⎫=+=+= ⎪⎝⎭ 由此可得一般公式，(1)s +环的等效单环电阻1()s R +可由s R ()求出1()31//44s s R R R R +=+() （4） 于是131543313197////4444112R R R R R R R R =⎛⎫=+= ⎪⎝⎭()()＋ 97112543131181////4444209R R R R R R R R =⎛⎫=+=⎪⎝⎭()()＋由（2）式1,3(4/3)R R '=得出由一个环（5D ）、两个环（54D D -）直至五个环（54321D D D D D ----）构成的线路1、3点间的电阻为(1)1,344'33R R R == (2)1,3477386R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (3)1,34135231545R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (4)1,349797311284R R R ⎛⎫== ⎪⎝⎭ (5)1,341817243209627R R R ⎛⎫==⎪⎝⎭ 答：所求的五个环的1与3间的等效电阻确为724627R ．证毕。
全国中学生物理竞赛集锦(电磁学)答案-推荐下载
OA1 OB1
△OP1 A1 ∽△OA1B1
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看与全22过，22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气，设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术，技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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实验十一学习使用数字万用表【思考题参考答案】1．调节电阻箱的电阻为500和5时，电阻的误差是多大？答：以0.1级为例，以每个接点的接触电阻按0.002为例。
对于500电阻从0和9999接线柱输出，误差为512.0002.06%1.0500R对于5电阻从0和9.9接线柱输出，误差为009.0002.02%1.05R2．电源电压为110V 。
是否可以只用一个电阻箱控制，得到0.5A 的电流？答：若只用一个电阻箱控制，所需电阻为Ω2205.0110R。
这需要电阻箱的100R 档，此档允许电流为0.05A ，实际电流大于额定电流，不能使用。
3．对于一块四位半的数字万用电表的直流电压200mV 量程，可能出现的最大数字是多少？最小分辨率是多少？答：最大数字为199.99mV 。
最小分辨率为0.01mV 。
4．使用数字万用电表的直流电压2V 量程测量直流电压，测量值为 1.5V ，测量误差为多少？如果测量值为0.15V ，测量误差为多少？如果换用200mV 量程测量直流电压0.15V ，误差为多少？答：我们以0.5级的三位半表为例，一个字x U U%5.0。
2V 量程测量直流电压 1.5V 时mV mV V U5.815.1%5.02V 量程测量直流电压0.15V 时mV mVVU 8.1115.0%5.0200mV 量程测量直流电压0.15V 时mVmVmVU 9.01.0150%5.0可见，测量小电压尽量选用低量程档。
5．为什么不宜用数字万用电表的电阻档测量表头内阻？答：数字万用电表电阻档内置9V 电池，而微安表头内阻在2000左右。
这样测通过表头的电流估计为mA A5.40045.020009，这个电流远大于微安表头的满量程电流。
6．为什么不能用数字万用电表的电阻档测量电源内阻？答：电阻档的使用条件是被测电阻中无电流通过，或者被测电阻两端无电压。
对电源内阻来说，一旦用电阻档测量，电源就为内阻提供了电流，这样容易烧毁电表。
实验十二制流和分压电路【思考题参考答案】1．在连接分压电路时，有人将电源的正、负极经过开关分别连到变阻器的一个固定端和滑动端。
这种连接方法对么？会有什么问题？答：电路如图，这种连接方法不对。
这种电路负载电阻被短路不会分压。
2．有一分压电路如图（实验的那个电路），负载电阻kR L1.5，电压表内阻为kR V10，变阻器电阻为0R 。
（1）若希望分压均匀，应选择哪种规格的变阻器？（a ）A 1,5；（b ）A 5.0,100（c ）A2.0,1000（2）当滑动头分别滑到A 、B 两端时，电压表示数为多少？（3）设电源电压恒定，变阻器按（1）作了正确选择，但是A 端到电源负极的导线断了。
当滑动头滑到B 端时，电压表示数为多少答：（1）这里电压表内阻与负载电阻并联才是真正的负载电阻。
即kR R R VL L 4.3//0，要使分压均匀，200R R L ，兼顾省电，选（c ）。
（2）当滑动头分别滑到A 、B 两端时，电压表示数分别为0和E ；（3）这成了制流电路，当滑动头滑到B 端时，电压表示数为E 。
3．设计固定分压比的分压电路，电源电压 1 V ，1000LR ，要求分压比为1.0Y 。
如果要求分压比001.0Y，电路应如何调整？答：电路如图，分压比为YR R R R L 212//选221R R R L ，则Y R R R L222，即YR R 1000222（1）1.0Y ，可以求出5.522R ，5.447221R R R L （2）001.0Y，可以求出5.02R ，5.499221R R R L [补充思考题]分压电路和制流电路都能控制负载上的电压和流过负载的电流。
使用这两种控制电路有何不同？（想一下什么情况下使用制流电路或分压电路）答：（1）它们的电压调节范围不同，分压电路电压调节范围为0-E ，制流电路调节的负载电压范围为E R R R LL 0-E ；（2）调节的均匀性不同，分压电路20R R L 比较均匀，不影响电压范围，制流电路20R R L 虽然也比较均匀，但值影响电压范围，??EK ABCR LER 1R LR 2调节越均匀输出范围越小；（3）消耗的电功率不同，如果两种电路输出电压范围相同，制流电路比分压电路省电。
实验十四磁电式直流电表的改装【思考题参考答案】1．如果预先不知道表头内阻，能否在改装电压表的同时确定表的内阻。
电路见课本第64页，图14-5。
答：可以。
先将电阻箱R s 调到g I U ，改装后，在输入端加上满量程电压U ，逐步减小R s 使表头满偏。
有U R R I sgg ，s ggR I U R 。
从电阻箱读出Rs 就可以计算内阻。
2．用半偏法测量电表内阻时，如果不满足g R R R 21的条件，应如何计算g R 。
答：见课本第63页图14-2。
满偏时电源端电压为21R R R I gg ，半偏时电源端电压为21//20R R R R I I g R g ，电源电阻不计，有21210//20R R R I R R R R I I gg g R g 又02R I I R R g g 解出21210R R R R R R R g3．在被改装表的零点和满度校准好之后，在零点和满度之间的各刻度仍然不准。
试分析产生这一结果的原因。
答：这有可能是刻度位置不准或者磁场不够径向均匀，后者造成线圈转到不同位置受的磁力矩不够线性，这样线圈在不同位置获得的力矩是不成比例的。
[补充思考题] 用半偏法测量电表内阻时，如果不满足g R R R 21的条件。
定性分析，按半偏法计算g R 时比真值大还是小。
答：比真值小。
分析如下，半偏法给出0R R g 测，当21R R 不够大时，并联0R 后，因总电阻明显减小，即时调节0R 使电流表半偏，干路电流会大于I g ，也就是说2/0g R I I ，从而g R R 0。
【补充思考题】改装欧姆表，学习课本第67-68页实验十五用量程为200mV 的直流数字电压表组装多量程的直流电压表和直流电流表【思考题参考答案】试比较用数字万用电表和磁电式电表分别组装多量程直流电压表和直流电流表的原理有什么不同之处？又有什么相同之处？答：不同之处有：（1）磁电式微安表头的内阻不够大，而数字电压表基本量程的内阻可以看成无穷大。
这样，在用磁电式微安表头改装电表时要考虑内阻的影响；（2）用磁电式微安表头改装电压表是将表头与电阻直接串联分压，改装电流表是将表头与电阻直接并联分流。
而直流数字电压表改装电压表是利用几个电阻串联分压，用200mV 基本量程测量分电压，总电压被扩大。
直流数字电压表改装电流表是将基本量程与相应电阻并联，但基本量程所在支路电流不计，只是实现I -U 转换。
相同之处：电阻串联分压改装电压表，电阻并联分流改装电流表。
[补充思考题]用200mV 直流数字电压表改装欧姆表R 1、R 2组成分压电路，输入端短路时，调节变阻器，使R 2分得的电压为数字电压表满度电压。
接入被测电阻R x 后，R 2分的的电压与R x 有关，达到测量电阻的目的。
短路的电路方程为212R R R R EU g 当被测电阻接入电路时，电路方程为xR R R R R EU 0212所以211R R R R U Ux g实验十七直流平衡电桥【思考题参考答案】1．如果按图（课本第78页图17-2）连接电桥电路，经检查接线无误，接通电源进行测量时却发现如下情况，问，电路有何故障？（注：以数字表200mV 为示零器为例）（1）示零器的示值没有变化；（2）示零器的示值极性不变。
答：（1）有一个桥臂断路，如果示零器上“+”下“”，示值不发生变化，说明R 2或R x 所在桥臂断路；如果示零器下“+” 上“”，示值不发生变化，说明R 0或R 1所在桥臂断路。
（2）比例臂R 1/ R 2数值过大或过小，电桥难于平衡。
2．下列因素是否会加大测量误差？R 1R 2R xR 0COM200mV 数字电压表E（1）电源电压大幅下降；（2）电源电压稍有波动；（3）在测量较低电阻时，导线电阻不可忽略；（4）示零器的灵敏度不够高。
答：（1）（3）（4）会加大测量误差，（2）不会加大测量误差。
【补充思考题】用电桥法测量一个磁电式微安表内阻已知一块电磁式微安表的量程为0~200A ，内阻约为500。
提供的仪器有：电阻箱三个、变阻器（电阻50）、干电池一节、单刀开关两个。
（1）由于微安表不能超过满度值，加在电桥两端电压不能高，用变阻器接成分压器为电桥提供电压；（2）微安表指针不能反转，表的正极通过桥路与电源正极一致；（3）没有示零器，用开关和微安表配合判断平衡；电路如图。
①取比例臂电阻都为500，比较臂电阻在500左右，分压器输出接近零；②合上电源开关，缓慢提高电源输出电压，使微安表有一个较大读数；③合一下平衡指示开关，看微安表示数变化，根据情况调节R 0，直至当合上平衡指示开关前后，微安表示数不变，电桥平衡，进行读数。
实验十八学习使用示波器【思考题参考答案】1．如果示波器良好，但是开机后荧光屏上无光点出现，哪些旋钮不合适会出现这种情况？应怎样调节才能使光点出现？答：水平位移太偏、竖直位移太偏、辉度太低。
使这些旋钮处于适中位置。
2．如果观察到荧光屏上波形不断向右移动，说明锯齿波电压频率是偏高还是偏低？答：偏高3．用示波器观测周期性信号时，信号的频率恒定，改变扫描频率能否使显示的波形周期数变化？保持扫描频率恒定，改变信号的频率能否使显示的波形周期数变化？它们的作用原理有什么不同？上述两种情况下，如果保持示波器的X 增益恒定，那么横坐标每一格代表的时间值是否发生变化？答：第一问：两种情况都能使显示波形的周期数变化。
第二问：第一种情况如果减小扫描速率（即增大扫描周期），显示的波形个数增多；第二种情况增大信号频率，使扫描信号周期与信号周期的整数比增大，显示的波形个数增多。
第三问：第一种情况，横坐标每一格代表的时间值变化，第二种情况，横坐标每一格代表的时间值不变。
实验十九观察电容特性【思考题参考答案】[补充思考题]在观察RC 电路中u c 波形时，连接示波器为什么要共地？R 1R 2R 0I 0E R xI 1 I 2 I x I I g CA B D KK b A +答：实际实验时，在RC 电路两端引进一个方波，相当于能自动短路和加电源，但方波中低电位（电平）定义为零时，高电位（电平）是对信号源的地而言的。
在示波器中显示的信号电位是对自己的地而言的，在显示电容器充电和放电的u c 或u R 波形时，如果共地连接，如图(a)(b)所示，充电使用的电压和充放电过程中u c 或u R 对应的电位才统一，并且这时加在示波器垂直偏转板的信号电压始终是u c 或u R ，从而显示u c 或u R 波形。