2014年五一高中物理竞赛提高班导学2-电磁学(磁场 电磁感应等)
2014届高考物理第二轮复习方案新题之磁场1.pptx
学海无 涯
AB 方 向 ： L v0t （2 分 ）
AD 方 向 ： 1 L 1 qE t 2 （2 分 ）
2 2m
解得：
E m0v（2 2 分 ） qL
设粒子在 P 点沿 AD 方向的分速度为 vy，则有
2
qE L m2
v2y
（1
分
）
解 之 得 ： vy v0 （1 分 ）
粒子在 P 点的速度为： v= v2 v2 = 2 v0 （2 分）
学海无涯
2014 届高考物理第二轮复习方案新题之磁场 1 1、如图所示，两平行光滑金属导轨固定在绝缘斜面上，导轨间距为 L，劲度系数为 k 的
轻质弹簧上端固定，下端与水平直导体棒 ab 相连，弹簧与导轨平面平行并与 ab 垂直，直导 体棒垂直跨接在两导轨上，空间存在垂直导轨平面斜向上的匀强磁场。闭合开关 K 后导体棒 中的电流为I，导体棒平衡时，弹簧伸长量为 x1;；调转图中电源极性使棒中电流反向，导体 棒中电流仍为I，导体棒平衡时弹簧伸长量为 x2。忽略回路中电流产生的磁场，则磁感应强度 B 的大小为
线运动至光滑绝缘的水平面 C 点，与水平面碰撞的瞬间小颗粒的竖直分速度立即减为零，
而水平分速度不变，小颗粒运动至 D 处刚好离开水平面，然后沿图示曲线 DP 轨迹运动，AC
与水平面夹角 α = 30°，重力加
M
速度为 g，求：
P
A
B
⑴匀强电场的场强 E； ⑵AD 之间的水平距离 d；
α
D
C
⑶已知 小颗粒在轨迹 DP 上某处的最
r
得 ： B 2mv0 （1 分 ） qL
由左手定则可知磁场方向：垂直纸面向外。 （1 分）
5.如图所示，在平面直角坐标系 xoy 中，以(0，R)为圆心，半径为 R 的圈形区城内有相互垂 直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度 B 方向垂直于 xOy 平面向里，一带正电粒子从 O 点沿 y
高中物理竞赛讲义-磁场基本知识介绍讲解
磁场基本知识介绍《磁场》部分在奥赛考刚中的考点很少，和高考要求的区别不是很大，只是在两处有深化：a 、电流的磁场引进定量计算；b 、对带电粒子在复合场中的运动进行了更深入的分析。
一、磁场与安培力1、磁场a 、永磁体、电流磁场→磁现象的电本质b 、磁感强度、磁通量c 、稳恒电流的磁场*毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart law ）：对于电流强度为I 、长度为dI的导体元段，在距离为r 的点激发的“元磁感应强度”为dB 。
矢量式d B = k 3r r l Id ⨯，（d l 表示导体元段的方向沿电流的方向、r 为导体元段到考查点的方向矢量）；或用大小关系式dB = k 2r sin Idl θ结合安培定则寻求方向亦可。
其中 k = 1.0×10−7N/A 2 。
应用毕萨定律再结合矢量叠加原理，可以求解任何形状导线在任何位置激发的磁感强度。
毕萨定律应用在“无限长”直导线的结论：B = 2k rI ；*毕萨定律应用在环形电流垂直中心轴线上的结论：B = 2πkI2/3222)r R (R + ；*毕萨定律应用在“无限长”螺线管内部的结论：B = 2πknI 。
其中n为单位长度螺线管的匝数。
2、安培力a 、对直导体，矢量式为 F = I B L⨯；或表达为大小关系式 F = BILsin θ再结合“左手定则”解决方向问题（θ为B 与L 的夹角）。
b 、弯曲导体的安培力 ⑴整体合力折线导体所受安培力的合力等于连接始末端连线导体（电流不变）的的安培力。
证明：参照图9-1，令MN 段导体的安培力F 1与NO 段导体的安培力F 2的合力为F ，则F 的大小为F =)cos(F F 2F F 212221θ-π++= BI)cos(L L 2L L 212221θ-π++= BI MO关于F 的方向，由于ΔFF 2P ∽ΔMNO ，可以证明图9-1中的两个灰色三角形相似，这也就证明了F 是垂直MO 的，再由于ΔPMO 是等腰三角形（这个证明很容易），故F 在MO 上的垂足就是MO 的中点了。
2014物理五一冲刺圆梦高考1.pdf
2014物理五一冲刺圆梦高考1 磁场 1．如图所示，为某种用来束缚粒子的磁场的磁感线分布情况，以O点(图中白点)为坐标原点，沿Z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为( ) 解析 根据磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，以O点(图中白点)为坐标原点，沿Z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为图C. 答案 C 2．(多选题)如图两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.质量为m、长为L的金属杆ab垂直导轨放置，整个装置处于垂直ab方向的匀强磁场中．当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab保持静止．则磁感应强度方向和大小可能为( ) A．竖直向上， B．平行导轨向上， C．水平向右， D．水平向左， 解析 金属杆受到竖直向下的重力、垂直导轨平面向上的支持力以及大小和方向未知的安培力的作用，三力平衡．若磁感应强度的方向竖直向上，安培力水平向右，根据平衡条件可得BIL＝mgtanθ，所以B＝，选项A正确；若磁感应强度的方向平行导轨向上，安培力垂直导轨平面向下，金属杆ab合力不可能为零，选项B错误；若磁感应强度的方向水平向右，安培力方向竖直向下，金属杆ab合力不可能为零，选项C错误；若磁感应强度的方向水平向左，安培力方向竖直向上，根据平衡条件可得BIL＝mg，所以B＝，选项D正确． 答案 AD 3. 如图所示，一条形磁铁静止在固定斜面上，上端为N极，下端为S极，其一条磁感线如图所示，垂直于纸面方向有两根完全相同的固定导线，它们与磁铁两端的连线都与斜面垂直且长度相等(如图中虚线所示)．开始两根导线未通电流，斜面对磁铁的弹力、摩擦力的大小分别为FN、Ff，后来两根导线通一图示方向大小相同的电流后，磁铁仍然静止，则与未通电时相比( ) A．FN、Ff均变大 B．FN不变，Ff变小 C．FN变大，Ff不变 D．FN变小，Ff不变 解析 两根导线通一图示方向大小相同的电流后，导线受到安培力，由牛顿第三定律，磁铁受到垂直斜面向上的磁场力，斜面对磁铁的弹力减小、摩擦力不变，选项D正确． 答案 D 4. 质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( ) A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率 C．洛伦兹力对M、N做正功 D．M的运行时间大于N的运行时间 解析 根据左手定则，M带负电，N带正电，选项A正确；根据Bvq＝可得，v＝，因为两粒子的质量和电量相等，所以vr，M的r较大，所以其速率较大，选项B错误；洛伦兹力始终不做功，选项C错误；带电粒子在磁场中做圆周运动的周期T＝，显然，两粒子做圆周运动的周期相等，它们的运行时间也相等，选项D错误． 答案 A 5. 美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得以较高能量带电粒子方面前进了一步，如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P0处静止释放，并沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是( ) A．带电粒子每运动一周被加速一次 B．P1P2＝P2P3 C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关 D．加速电场方向需要做周期性的变化 解析 带电粒子每运动一周被加速一次，加速电场方向不需要做周期性的变化，选项A正确，D错误．由nqU＝mv，rn＝，解得rn＝ ，由此可知，P1P2≠P2P3，选项B错误． 答案 A 6. 如图所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.在xOy平面内，从原点O处沿与x轴正方向成θ角(0<θ<π)以速率v发射一个带正电的粒子(重力不计)．则下列说法正确的是( ) A．若v一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短 B．若v一定，θ越大，则粒子在离开磁场的位置距O点越远 C．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大 D．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短 解析 由左手定则可知，带正电的粒子向左偏转．若v一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短，选项A正确；若v一定，θ等于90°时，粒子在离开磁场的位置距O点最远，选项B错误；若θ一定，粒子在磁场中运动的周期与v无关，粒子在磁场中运动的角速度与v无关，粒子在磁场中运动的时间与v无关，选项C、D错误． 答案 A 7. 导体导电是导体中的自由电荷定向移动的结果，这些可以移动的电荷又叫载流子，例如金属导体中的载流子就是自由电子．现代广泛应用的半导体材料可以分成两大类，一类是N型半导体，它的载流子为电子；另一类为P型半导体，它的载流子是“空穴”，相当于带正电的粒子．如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中，磁场方向如图所示，且与前后侧面垂直．长方体中通入水平向右的电流，测得长方体的上、下表面M、N的电势分别为UM、UN，则该种材料( ) A．如果是P型半导体，有UM＞UN B．如果是N型半导体，有UM＜UN C．如果是P型半导体，有UM＜UN D．如果是金属导体，有UM＜UN 解析 如果是P型半导体，它的载流子是“空穴”，由左手定则可知，“空穴”受到的洛伦兹力指向N，“空穴”偏向N，有UMUN，选项B错误．如果是金属导体，它的载流子是电子，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力指向N，电子偏向N，有UM>UN，选项D错误． 答案 C 8．(多选题)如图所示，以直角三角形AOC为边界的有界匀强磁场区域，磁感应强度为B，A＝60°，AO＝a.在O点放置一个粒子源，可以向各个方向发射某种带负电粒子，粒子的比荷为q/m，发射速度大小都为v0，且满足v0＝，发射方向由图中的角度θ表示．对于粒子进入磁场后的运动(不计重力作用)，下列说法正确的是( ) A．粒子有可能打到A点 B．以θ＝60°飞入的粒子在磁场中运动时间最短 C．以θ<30°飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等 D．在AC边界上只有一半区域有粒子射出 解析 粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径r＝＝a，当粒子以θ＝0飞入磁场区域时，最终将从AC边的中点射出，随着θ的增大，粒子在AC边上的射出点将向A点靠拢，当θ＝60°飞入时粒子将从A点射出磁场区域，选项A、D正确；粒子的速度大小相等，在磁场中做圆周运动的轨迹弧长越小，运动时间越短，过O点做AC边的垂线，找出垂足位置，当粒子从该垂足位置射出时粒子在磁场中的运动时间最短，选项B错误；以θ时，粒子从PA段射出； 当>B>时，粒子从AC段射出； 当B<时，粒子从CD段射出． 答案 (1) (2)见解析 12. 如图，OAC的三个顶点的坐标分别为O(0,0)、A(0，L)、C(L,0)，在OAC区域内有垂直于xOy平面向里的匀强磁场．在t＝0时刻，同时从三角形的OA边各处以沿y轴正向的相同速度将质量均为m、电荷量均为q的带正电粒子射入磁场，已知在t＝t0时刻从OC边射出磁场的粒子的速度方向垂直于y轴．不计粒子重力和空气阻力及粒子间相互作用． (1)求磁场的磁感应强度B的大小； (2)若从OA边两个不同位置射入磁场的粒子，先后从OC边上的同一点P(P点图中未标出)射出磁场，求这两个粒子在磁场中运动的时间t1与t2之间应满足的关系； (3)从OC边上的同一点P射出磁场的这两个粒子经过P点的时间间隔与P点位置有关，若该时间间隔最大值为，求粒子进入磁场时的速度大小． 解析 (1)粒子在t0时间内，速度方向改变了90°，故周期T＝4t0 由T＝得B＝ (2)在同一点射出磁场的两粒子轨迹如图，轨迹所对应的圆心角分别为θ1和θ2，由几何关系有 θ1＝180°－θ2 故t1＋t2＝＝2t0 (3)由圆周运动知识可知，两粒子在磁场中运动的时间差Δt与Δθ＝θ2－θ1成正比，由得 Δθ＝θ2－θ1＝2θ2－180° 根据式可知θ2越大，时间差Δt越大 由Δt＝T 由代入数据得θ2的最大值为θ＝150° 在磁场中运动时间最长的粒子轨迹如图，由几何关系 α＝180°－θ＝30° tan∠A＝＝得 A＝60° β＝90°－A＝30° Rcosα＋＝L 解得R＝? 根据qvB＝m(或v＝或v＝均可) 代入数据解得 v＝ 答案 (1) (2)t1＋t2＝2t0 (3) 13. 如图所示，在真空中，半径为d的虚线所围的圆形区域内只存在垂直纸面向外的匀强磁场，在磁场右侧有一对平行金属板M和N，两板间距离也为d，板长为l.板间存在匀强电场，两板间的电压为U0.两板的中心线O1O2，与磁场区域的圆心O在同一直线上．有一电荷量为q、质量为m的带正电粒子，以速率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O的方向进入磁场，从圆周上的O1点飞出磁场后沿两板的中心线O1O2射入匀强电场，从两板右端某处飞出．不计粒子所受重力．求： (1)磁场的磁感应强度B的大小； (2)粒子在磁场和电场中运动的总时间； (3)当粒子在电场中经过时间t＝时，突然改变两金属板带电性质，使电场反向，且两板间电压变为U1， 则粒子恰好能从O2点飞出电场，求电压U1和U0的比值． 解析 (1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为r，由牛顿第二定律qv0B＝m，由几何关系知r＝d，所以B＝ (2)粒子在磁场中运动的周期T＝，在磁场中运动时间为四分之一个周期，t1＝T＝，粒子在电场中做类平抛运动，平行板的方向做匀速直线运动x＝v0t2＝l，所以t2＝. 在电磁场中运动的总时间t总＝t1＋t2＝. (3)根据运动的独立性可知：粒子在竖直方向先做匀加速直线运动，再做等时间的匀减速直线运动， 第一阶段：a＝，s＝at2 第二阶段：a1＝，s1＝vt－a1t2＝at2－a1t2 竖直方向总位移为零，s＋s1＝0，所以a1＝3a，故 U1U0＝31. 答案 (1) (2) (3)31 高考学习网： 高考学习网：。
2014年高考物理电磁感应)
（2014上海）17．如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形。
则磁场（） （A ）逐渐增强，方向向外 （B ）逐渐增强，方向向里（C ）逐渐减弱，方向向外 （D ）逐渐减弱，方向向里14．[2014·新课标全国卷Ⅰ] 在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )A ．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B ．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C ．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D ．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化18．[2014·新课标全国卷Ⅰ] 如图(a)所示，线圈ab 、cd 绕在同一软铁芯上．在ab 线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd 间电压如图(b)所示．已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab 中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( )18．C [解析] 本题考查了电磁感应的图像．根据法拉第电磁感应定律，ab 线圈电流的变化率与线圈cd 上的波形图一致，线圈cd 上的波形图是方波，ab 线圈电流只能是线性变化的，所以C 正确．[2014·江苏卷] 如图所示，一正方形线圈的匝数为n ，边长为a ，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B 均匀地增大到2B .在此过程中，线圈中产生的感应电动势为( )A.Ba 22ΔtB.nBa 22ΔtC.nBa 2ΔtD.2nBa 2Δt16．[2014·山东卷] 如图所示，一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内，通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定，导体棒与轨道垂直且接触良好，在向右匀速通过M 、N 两区的过程中，导体棒所受安培力分别用F M 、F N 表示．不计轨道电阻．以下叙述正确的是( )A ．F M 向右B ．F N 向左C ．F M 逐渐增大D ．F N 逐渐减小6．[2014·四川卷] 如图所示，不计电阻的光滑U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H 、P 固定在框上，H 、P 的间距很小．质量为0.2 kg 的细金属杆CD 恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1 m 的正方形，其有效电阻为0.1 Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B ＝(0.4－0.2t ) T ，图示磁场方向为正方向．框、挡板和杆不计形变．则( )A ．t ＝1 s 时，金属杆中感应电流方向从C 到DB ．t ＝3 s 时，金属杆中感应电流方向从D 到C C ．t ＝1 s 时，金属杆对挡板P 的压力大小为0.1 ND ．t ＝3 s 时，金属杆对挡板H 的压力大小为0.2 N20．[2014·安徽卷] 英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场．如图所示，一个半径为r 的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B ，环上套一带电荷量为＋q 的小球．已知磁感应强度B 随时间均匀增加，其变化率为k 一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是( )A ．0 B.12r 2qk C ．2πr 2qk D ．πr 2qk20． [2014·全国卷] 很多相同的绝缘铜圆环沿竖直方向叠放，形成一很长的竖直圆筒．一条形磁铁沿圆筒的中心轴竖直放置，其下端与圆筒上端开口平齐．让条形磁铁从静止开始下落．条形磁铁在圆筒中的运动速率( )A ．均匀增大B ．先增大，后减小C ．逐渐增大，趋于不变D ．先增大，再减小，最后不变15． [2014·广东卷] 如图8所示，上下开口、内壁光滑的铜管P 和塑料管Q 竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块(A ．在P 和Q 中都做自由落体运动B ．在两个下落过程中的机械能都守恒C ．在P 中的下落时间比在Q 中的长D ．落至底部时在P 中的速度比在Q 中的大7．[2014·江苏卷] 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( )A ．增加线圈的匝数B ．提高交流电源的频率C ．将金属杯换为瓷杯D ．取走线圈中的铁芯25． [2014·新课标Ⅱ卷] 半径分别为r 和2r 的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r 、质量为m 且质量分布均匀的直导体棒AB 置于圆导轨上面，BA 的延长线通过圆导轨中心O ，装置的俯视图如图所示．整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B ，方向竖直向下．在内圆导轨的C 点和外圆导轨的D 点之间接有一阻值为R 的电阻(图中未画出)．直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O 逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触．设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略．重力加速度大小g .求(1)通过电阻R 的感应电流的方向和大小：(2)外力的功率．25. [答案] (1)从C 端流向D 端 3ωBr22R(2)32μmg ωr ＋9ω2B 2r 44R[解析] (1)在Δt 时间内，导体棒扫过的面积为ΔS ＝12ωΔt [(2r )2－r 2]①根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为ε＝B ΔS Δt②根据右手定则，感应电流的方向是从B 端流向A 端．因此，通过电阻R 的感应电流的方向是从C 端流向D 端．由欧姆定律可知，通过电阻R 的感应电流的大小I 满足I ＝εR③联立①②③式得I ＝3ωBr 22R.④(2)在竖直方向有mg －2N ＝0⑤式中，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N ，两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为f ＝μN ⑥在Δt 时间内，导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为l 1＝r ωΔt ⑦和l 2＝2r ωΔt ⑧克服摩擦力做的总功为W f ＝f (l 1＋l 2)⑨在Δt 时间内，消耗在电阻R 上的功为W R ＝I 2R Δt ⑩根据能量转化和守恒定律知，外力在Δt 时间内做的功为W ＝W f ＋W R ⑪外力的功率为P ＝W Δt⑫ 由④至12式得P ＝32μmg ωr ＋9ω2B 2r 44R⑬ 23．[2014·安徽卷] (16分)如图1所示，匀强磁场的磁感应强度B 为0.5 T ，其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上．绝缘斜面上固定有“A ”形状的光滑金属导轨的MPN (电阻忽略不计)，MP 和NP 长度均为2.5 m ，MN 连线水平，长为3 m ．以MN 中点O 为原点、OP 为x 轴建立一维坐标系Ox .一根粗细均匀的金属杆CD ，长度d 为3 m ，质量m 为1 kg 、电阻R 为0.3 Ω，在拉力F 的作用下，从MN 处以恒定速度v ＝1 m/s在导轨上沿x 轴正向运动(金属杆与导轨接触良好)．g 取10 m/s 2.图1图2(1)求金属杆CD 运动过程中产生的感应电动势E 及运动到x ＝0.8 m 处电势差U CD ；(2)推导金属杆CD 从MN 处运动到P 点过程中拉力F 与位置坐标x 的关系式，并在图2中画出Fx 关系图像；(3)求金属杆CD 从MN 处运动到P 点的全过程产生的焦耳热． 23．[答案] (1)－0.6 V (2)略 (3)7.5 J[解析] (1)金属杆C D 在匀速运动中产生的感应电动势 E ＝Bl v (l ＝d )，E ＝1.5 V(D 点电势高)当x ＝0.8 m 时，金属杆在导轨间的电势差为零．设此时杆在导轨外的长度为l 外，则l 外＝d －OP －xOP dOP ＝MP 2－⎝ ⎛⎭⎪⎫MN 22得l 外＝1.2 m由楞次定律判断D 点电势高，故CD 两端电势差 U CB ＝－Bl 外v, U CD ＝－0.6 V(2)杆在导轨间的长度l 与位臵x 关系是l ＝OP －x OP d ＝3－32x对应的电阻R 1为R 1＝l dR ，电流I ＝Bl v R 1杆受的安培力F 安＝BIl ＝7.5－3.75x 根据平衡条件得F ＝F 安＋mg sin θ F ＝12.5－3.75x (0≤x ≤2) 画出的Fx 图像如图所示．(3)外力F 所做的功W F 等于Fx 图线下所围的面积，即W F ＝5＋12.52×2 J ＝17.5 J 而杆的重力势能增加量ΔE p ＝mg sin θ 故全过程产生的焦耳热Q ＝W F －ΔE p ＝7.5 J24．[2014·北京卷] (20分)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识．如图所示，固定于水平面的U 形导线框处于竖直向下的匀强磁场中，金属直导线MN 在与其垂直的水平恒力F 作用下，在导线框上以速度v 做匀速运动，速度v 与恒力F 方向相同；导线MN 始终与导线框形成闭合电路．已知导线MN 电阻为R ，其长度L 恰好等于平行轨道间距，磁场的磁感应强度为B .忽略摩擦阻力和导线框的电阻．(1) 通过公式推导验证：在Δt 时间内，F 对导线MN 所做的功W 等于电路获得的电能W 电，也等于导线MN 中产生的热量Q;(2)若导线MN 的质量m ＝8.0 g 、长度L ＝0.10 m ，感应电流I ＝1.0 A ，假设一个原子贡献一个自由电子，计算导线MN e )；(3)经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞．展开你想象的翅膀，给出一个合理的自由电子的运动模型；在此基础上，求出导线MN 中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f 的表达式．24．[答案] (1)略 (2)7.8×10－6m/s (3)＝e v B [解析] (1)导线产生的感应电动势E ＝BL v导线匀速运动，受力平衡F ＝F 安＝BIL在Δt 时间内，外力F 对导线做功W ＝F v Δt ＝F 安v Δt ＝BIL v Δt电路获得的电能W 电＝qE ＝IE Δt ＝BIL v Δt可见，F 对导线MN 做的功等于电路获得的电能W 电；导线MN 中产生的热量Q ＝I 2R Δt ＝I Δt ·IR ＝qE ＝W 电可见，电路获得的电能W 电等于导线MN 中产生的热量Q . (2)导线MN 中具有的原子数为N ＝m μN A因为一个金属原子贡献一个电子，所以导线MN 中的自由电子数也是N . 导线MN 单位体积内的自由电子数n ＝N SL其中，S 为导线MN 的横截面积． 因为电流I ＝n v e Se所以v e ＝I nSe ＝IL Ne ＝IL μmN A e解得v e ＝7.8×10－6m/s.(3)下列解法的共同假设：所有自由电子(简称电子，下同)以同一方式运动． 方法一：动量解法设电子在第一次碰撞结束至下一次碰撞结束之间的运动都相同，经历的时间为Δt ，电子的动量变化为零．因为导线MN 的运动，电子受到沿导线方向的洛伦兹力f 洛的作用f 洛＝e v B沿导线方向，电子只受到金属离子的作用力和f 洛作用，所以I f －f 洛Δt ＝0其中I f 为金属离子对电子的作用力的冲量，其平均作用力为f ，则I f ＝f Δt 得f ＝f 洛＝e v B方法二：能量解法S 设电子从导线的一端到达另一端经历的时间为t ，在这段时间内，通过导线一端的电子总数N ＝It e电阻上产生的焦耳热是由于克服金属离子对电子的平均作用力f 做功产生的． 在时间t 内，总的焦耳热Q ＝NfL根据能量守恒定律，有Q ＝W 电＝EIt ＝BL v It所以f ＝e v B方法三：力的平衡解法因为电流不变，所以假设电子以速度v e 相对导线做匀速直线运动． 因为导线MN 的运动，电子受到沿导线方向的洛伦兹力f 洛的作用f 洛＝e v B沿导线方向，电子只受到金属离子的平均作用力f 和f 洛作有，二力平衡，即f ＝f 洛＝e v B .13．[2014·江苏卷] 如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L ，长为3d ，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d 的薄绝缘涂层．匀强磁场的磁感应强度大小为B ，方向与导轨平面垂直．质量为m 的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端．导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R ，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g .求：(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ； (2)导体棒匀速运动的速度大小v ；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q .13．[答案] (1)tan θ (2)mgR sin θB 2L 2(3)2mgd sin θ－m 3g 2R 2sin 2θ2B 4L4[解析] (1)在绝缘涂层上受力平衡 mg sin θ＝μmg cos θ 解得 μ＝tan θ. (2)在光滑导轨上感应电动势 E ＝Bl v 感应电流 I ＝E R安培力 F 安＝BLI 受力平衡 F 安＝mg sin θ 解得 v ＝mgR sin θB 2L 2(3)摩擦生热 Q T ＝μmgd cos θ能量守恒定律 3mgd sin θ＝Q ＋Q T ＋12m v 2解得 Q ＝2mgd sin θ－m 3g 2R 2sin θ2B 4L4. 11．[2014·天津卷] 如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L ＝0.4 m ．导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN ，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁场感应度大小均为B ＝0.5 T ．在区域Ⅰ中，将质量m 1＝0.1 kg ，电阻R 1＝0.1 Ω的金属条ab 放在导轨上，ab 刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m 2＝0.4 kg ，电阻R 2＝0.1 Ω的光滑导体棒cd 置于导轨上，由静止开始下滑．cd 在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab 、cd 始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g ＝10 m/s 2，问(1)cd 下滑的过程中，ab 中的电流方向； (2)ab 刚要向上滑动时，cd 的速度v 多大；(3)从cd 开始下滑到ab 刚要向上滑动的过程中，cd 滑动的距离x ＝3.8 m ，此过程中ab 上产生的热量Q 是多少？11．(1)由a 流向b (2)5 m/s (3)1.3 J[解析] (1)由右手定则可以直接判断出电流是由a 流向b .(2)开始放臵ab 刚好不下滑时，ab 所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为F max ，有F max ＝m 1g sin θ①设ab 刚好要上滑时，cd 棒的感应电动势为E ，由法拉第电磁感应定律有E ＝BL v ②设电路中的感应电流为I ，由闭合电路欧姆定律有I ＝E R 1＋R 2③ 设ab 所受安培力为F 安，有F 安＝ILB ④此时ab 受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F 安＝m 1g sin θ＋F max ⑤综合①②③④⑤式，代入数据解得v ＝5 m/s ⑥(3)设cd 棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q 总，由能量守恒有m 2gx sin θ＝Q 总＋12m 2v 2⑦又Q ＝R 1R 1＋R 2Q 总⑧ 解得Q ＝1.3 J24． [2014·浙江卷] 某同学设计一个发电测速装置，工作原理如图所示．一个半径为R ＝0.1 m 的圆形金属导轨固定在竖直平面上，一根长为R 的金属棒OA ，A 端与导轨接触良好，O 端固定在圆心处的转轴上．转轴的左端有一个半径为r ＝R3的圆盘，圆盘和金属棒能随转轴一起转动．圆盘上绕有不可伸长的细线，下端挂着一个质量为m ＝0.5 kg 的铝块．在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度B ＝0.5 T ．a 点与导轨相连，b 点通过电刷与O 端相连．测量a 、b 两点间的电势差U 可算得铝块速度．铝块由静止释放，下落h ＝0.3 m 时，测得U ＝0.15 V ．(细线与圆盘间没有滑动，金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计，重力加速度g 取10 m/s 2)(1)测U 时，与a 点相接的是电压表的“正极”还是“负极”？ (2)求此时铝块的速度大小；(3)求此下落过程中铝块机械能的损失． 24．[答案] (1)正极 (2)2 m/s (3)0.5 J[解析] 本题考查法拉第电磁感应定律、右手定则等知识和分析综合及建模能力． (1)正极(2)由电磁感应定律得U ＝E ＝ΔΦΔtΔΦ＝12BR 2Δθ U ＝12B ωR 2v ＝r ω＝13ωR所以v ＝2U3BR ＝2 m/s(3)ΔE ＝mgh －12m v 2ΔE ＝0.5 J33（2014上海）.（14分）如图，水平面内有一光滑金属导轨，其MN 、PQ 边的电阻不计，MP 边的电阻阻值R=1.5Ω，MN 与MP 的夹角为1350，PQ 与MP 垂直，MP 边长度小于1m 。
全国高中物理竞赛历年(2009-2013年)试题与详解答案汇编
法拉第电磁感应定律。
楞次定律。
自感系数。
互感和变压器。
6、交流电
交流发电机原理。交流电的最大值和有效值。
纯电阻、纯电感、纯电容电路。
整流和滤波。
三相交流电及其连接法。感应电动机原理。
7、电磁振荡和电磁波
电磁振荡。振荡电路及振荡频率。
电磁场和电磁波。电磁波的波速，赫兹实验。
电磁波的发射和调制。电磁波的接收、调谐，检波。
全国高中物理竞赛历年试题与详解答案汇编
———广东省鹤山市纪元中学
2014年5月
全国中学生物理竞赛提要
编者按：按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第九次全体会议的建议，由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据《全国中学生物理竞赛章程》中关于命题原则的规定，结合我国目前中学生的实际情况，制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》，作为今后物理竞赛预赛和决赛命题的依据，它包括理论基础、实验基础、其他方面等部分。其中理论基础的绝大部分内容和国家教委制订的（全日制中学物理教学大纲》中的附录，即 1983年教育部发布的《高中物理教学纲要（草案）》的内容相同。主要差别有两点：一是少数地方做了几点增补，二是去掉了教学纲要中的说明部分。此外，在编排的次序上做了一些变动，内容表述上做了一些简化。1991年2月20日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。1991年9月11日在南宁由全国中学生物理竞赛委员会第10次全体会议正式通过，开始实施。
功能原理。机械能守恒定律。
碰撞。
6、流体静力学
静止流体中的压强。
浮力。
7、振动
简揩振动。振幅。频率和周期。位相。
振动的图象。
参考圆。振动的速度和加速度。
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．。
2014年物理竞赛试卷及参考答案(4)
2014年高中物理竞赛高 二 试卷注意事项：1．本试卷共23题，满分为150分，考试时间120分钟． 2．将每题的答案答题卷上，在试卷上答题无效，本卷g 取10m/s 2．一、选择题（本题共10 小题，每小题 4 分，共40 分．每小题只有一个选项符合题意)． 1.如图所示，棒AB 上均匀分布着正电荷，它的中点正上方有一P 点，则P 点的场强方向为(A )垂直于AB 向上 (B )垂直于AB 向下 (C )平行于AB 向左 (D )平行于AB 向右2．在物理学发展的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。
关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是(A )安培首先提出了磁场对运动电荷的作用力公式(B )法拉第根据小磁针在通电导线周围的偏转而发现了电流的磁效应(C )法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律 (D )楞次发现了电磁感应现象，并研究得出了判断感应电流方向的方法——楞次定律 3.两木块自左向右运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下木块每次曝光时的位置，如下图所示，连续两次曝光的时间间隔是相等的，由图可知(A )在时刻t 2以及时刻t 5两木块速度相同 (B )在时刻t 1两木块速度相同(C )在时刻t 3和时刻t 4之间某瞬时两木块速度相同 (D )在时刻t 4和时刻t 5之间某瞬时两木块速度相同4．如图所示，水平放置的两块带电平行金属板．板间存在着方向竖直向下、场强大小为E 的匀强电场和垂直于纸面的匀强磁场．假设电场、磁场只存在于两板间．一个带正电的粒子，以水平速度v 0从两极板的左端正中央沿垂直于电场、磁场的方向射入极板间，恰好做匀速直线运动．不计粒子的重力及空气阻力．则 (A)板间所加的匀强磁场0EB v，方向垂直于纸面向里 (B)若粒子电量加倍，将会向下偏转(C)若粒子从极板的右侧射入，一定沿直线运动 (D)若粒子带负电，其它条件不变，将向上偏转 5．用两个相同的小量程电流表，分别改装成了两个量程不同的大量程电流表A 1、A 2，若把A 1、A 2分别采用串联或并联的方式接入电路，如图（a ）、（b ）所示，则闭合开关后，下列有关电表的示数和电表指针偏转角度的说法正确的是v 0E(A)图（a ）中的A 1、A 2的示数相同 (B)图（a ）中的A 1、A 2的指针偏角相同 (C)图（b ）中的A 1、A 2的示数和偏角都不同 (D)图（b ）中的A 1、A 2的指针偏角相同6．如图所示，半径为R 的半球形碗固定于水平地面上，一个质量为m 的物块，从碗口沿内壁由静止滑下，滑到最低点时速度大小为v ，物块与碗之间的动摩擦因数恒为μ，则下列说法正确的是(A )在最低点时物块所受支持力大小为mg(B )整个下滑过程物块所受重力的功率一直增大(C )物块在下滑至最低点过程中动能先增大后减小 (D )整个下滑过程摩擦力对滑块做功212mgR mv -7．如图所示电路，电源内阻不能忽略，R 的阻值小于变阻器的总电阻，开始时滑动变阻器的滑片P 停在变阻器的中点，稳定后滑片P 由中点向上移动至顶端的全过程中(A )电压表的示数先减小后增大 (B )电压表的示数先增大后减小 (C )电流表的示数先增大后减小 (D )电流表的示数先减小后增大8.如图所示，导线AB 可在置于匀强磁场中的不计电阻的金属框架上滑动，则下列判断正确的是 (A)AB 向左匀加速运动时，电流表中电流均匀增大 (B)AB 向左减速运动时，电流表中有电流方向由a→b (C)AB 向右加速运动时，电流表中有电流方向由b→a (D )AB 向左匀速运动时，电流表中有电流方向由a →b9.如图所示，一足够长的木板在光滑的水平面上以速度v 匀速运动，现将质量为m 的物体竖直向下无初速轻轻地放置在木板上的P 处，已知物体m 和木板之间的动摩擦因数为μ。
高中物理竞赛电学教程第三讲磁场第四讲电磁感应
高中物理比赛电学教程 第四讲 电磁感觉第三 磁 § 3。
1基本磁 象因为自然界中有磁石 ( Fe 3O 4) 存在，人 很早从前就开始了 磁 象的研究。
人 把磁石能吸引 ` ` 等物 的性 称 磁性。
条形磁 或磁 是两头吸引 屑的能力最 ， 我 把 吸引 屑能力最 的地区称之 磁极。
将一条形磁 挂起来， 两极 是分 指 向南北方向，指北的一端称北极 (N 表示 ) ；指南的一端称南极(S 表示 ) 。
磁极之 有相互作使劲，同性磁极相互排挤，异性磁极相互吸引。
磁 静止 沿南北方向取向 明地球是一个大磁体，它的N 极位于地理南极邻近，S 极位于地理北极邻近。
1820 年，丹麦科学家奥斯特 了 流的磁效 。
第一个揭露了磁与 存在着 系。
直通 能 磁 作用；通 直螺 管与条形磁 作用 就好像条形磁 一般；两根平行通 直 之 的相互作用⋯⋯，所有 些都启 我 一个: 磁 和 流能否在本源上一致 ? 1822 年，法国科学家安培提出了 成磁 的最小 元就是 形 流， 些分子 流定向摆列，在宏 上就会 示出N 、 S 极的分子 流假 。
近代物理指出，正是 子的 原子核运 以及它自己的自旋运 形成了“分子 流”， 就是物 磁性的基本本源。
全部磁 象的本源是 流，以下我 只研究 流的磁 象。
§ 3。
2 磁感觉强度3．2． 1、磁感 度、 奥伐 定律将一个 L ，I 的 流元放在磁 中某一点， 流元遇到的作使劲F 。
当 流元在某一方向 ， 个力最大， 个最大的力 F m和 IL 的比 ，叫做 点的磁感 度。
将一个能自由 的小磁 放在 点，小磁 静止N 极所指的方向，被 定 点磁感 度的方向。
真空中，当 生磁 的 流回路确立后，那空 的磁 就确立了，空 各点的B 也就确定了。
依据 流回路而求出空 各点的 B 要运用一个称 奥— 伐 定律的 定律。
— 定律告 我 ：一个 流元IL( 如 3-2-1)在相 流元的地点矢量r 的 P 点所KI L sinr 2L 的方向与 r 方向的 角， 生的磁 的磁感 度B 大小， 着 流 IB 的方向可用右手螺旋法 确立，即伸出右手， 先把四指放在 I L 的方向上， 着小于的角 向 r 方向 大拇指方向即 B 的方向。
高中物理竞赛培训电磁学部分课件
当导体在磁场中运动时，会产生感应 电动势。楞次定律指出感应电流的方 向总是阻碍产生它的磁场的变化。应 用楞次定律可以判断感应电流的方向 。
02 电磁学基本定律
库仑定律与电场力
库仑定律
描述两个点电荷之间的作用力，与各 自电荷量成正比，与两者间距离的平 方成反比。
电场力
电场线
为了形象地描述电场中各点电场强度 的方向和大小，引入电场线的概念， 电场线上各点的切线方向即为该点的 电场强度方向。
详细描述
当导体在磁场中做切割磁感线运动时，会在导体中产生感应电动势，从而产生电流。这 个过程中，机械能转换为电能，实现了能量的转换。了解这一规律有助于解决相关问题
。
电磁波的传播特性
总结词
理解电磁波的传播特性是解决涉及电磁波问 题的基础。
详细描述
电磁波是一种以光速传播的能量形式，具有 波粒二象性。它具有特定的传播速度、频率 和波长等特性。这些特性决定了电磁波在传 播过程中的行为和表现，对于解决相关问题
高中物理竞赛培训课 件
目录
CONTENTS
• 电磁学基础 • 电磁学基本定律 • 电磁学中的重要实验 • 电磁学在生活中的应用 • 电磁学中的疑难问题解析
01 电磁学基础
电场与电场强度
总结词
描述电场的基本概念和电场强度的计算方法。
详细描述
电场是由电荷产生的，对放入其中的电荷有力的作用。电场强度是描述电场对 电荷作用力大小的物理量，其计算公式为E=F/q，其中E表示电场强度，F表示 电场力，q表示电荷量。
磁力的应用
总结词
磁力在日常生活中有许多应用，如磁铁、电 磁铁和电机等。
详细描述
磁力是电磁学中的重要概念。磁力可以用于 固定物体、存储数据和驱动机械装置。例如 ，磁铁可以用于固定门窗，磁力也可以用于 制造磁悬浮列车，以减少摩擦和噪音。此外 ，电机是利用电磁感应原理将电能转换为机 械能的装置，广泛应用于各种设备和机器中 。
2014年寒假物理竞赛集训二导学3-电磁学(静电场 电磁感应等知识点)
q1 q 2 。 r2
（2） 电荷守恒定律 电荷守恒定律是自然界的基本守恒定律之一， 也是电磁场理论的基本定律之一。 其内容 是：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的 一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保持不变。当一个系统与外界没有电 荷交换时，系统电荷的代数和总是保持不变的。 2. 电场强度 （1） 电场 电荷之间的相互作用是通过场的形式实现的， 这种场叫做电场。 任何电荷都在自己周围 的空间激发电场。 （2） 电场强度 电场的客观存在可由电场对处于其中的任意电荷的作用力来体现， 为了从力的角度描绘
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知识梳理
一、
静电场
1. 库仑定律 （1） 库仑定律 库伦定律是电磁场理论的基本定律之一。 其内容是： 真空中两个静止的点电荷之间的作 用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比， 与它们距离的平方成反比， 作用力的方向沿着这 两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。即 F k
2014 年寒假物理竞赛集训二导学
(电磁学)
目录
知识框架........................................................................................................................................... 2 重点难点........................................................................................................................................... 3 知识梳理........................................................................................................................................... 4 一、 静电场....................................................................................................................... 4 1. 库仑定律 ................................................................................................................... 4 2. 电场强度 ................................................................................................................... 4 3. 电势和电势能 ........................................................................................................... 5 4. 静电场中的导体和电介质 ....................................................................................... 6 5. 电容和电容器 ........................................................................................................... 6 二、 稳恒电流................................................................................................................... 7 1. 欧姆定律 ................................................................................................................... 7 2. 电功和电功率 ........................................................................................................... 8 3. 复杂电路计算 ........................................................................................................... 8 三、 磁场........................................................................................................................... 9 1. 磁感应强度 ............................................................................................................... 9 2. 安培力..................................................................................................................... 10 3. 洛伦兹力 ................................................................................................................. 10 四、 电磁感应................................................................................................................. 11 1. 楞次定律 ................................................................................................................. 11 2. 法拉第电磁感应定律 ............................................................................................. 11 3. 动生、感生电动势 ................................................................................................. 11 例题选讲......................................................................................................................................... 13 巩固习题......................................................................................................................................... 21 参考答案......................................................................................................................................... 25
高中物理竞赛辅导班教案：电磁感应与电流的变化
高中物理竞赛辅导班教案：电磁感应与电流的变化一、引言在高中物理的学习过程中，电磁感应与电流的变化是一个关键的主题。
学生需要掌握电磁感应与电流变化的基本概念和原理，并能够应用于解决实际问题。
为此，为高中物理竞赛辅导班设计一套教案，旨在帮助学生深入理解电磁感应与电流变化，并通过实际案例的讲解和实验训练，提高学生在物理竞赛中的应对能力。
二、电磁感应与电流的变化的基本概念1. 电磁感应的基本原理- 引导学生了解法拉第电磁感应定律，即在一个导体中，当磁通量发生变化时，会产生感应电动势，从而引发电流的变化。
- 通过示意图和实例，让学生感受磁通量的变化对电流变化的影响。
2. 感应电动势与电路中电流的关系- 讲解对于闭合电路中电流的变化，感应电动势会与电路中已存在的电动势相抵消或叠加，从而影响电路中总电流的大小。
- 引导学生通过计算和实验观察，分析电磁感应对电流的变化带来的影响。
三、电磁感应与电流的变化的实例分析1. 电磁感应在发电机中的应用- 介绍发电机的基本原理和结构，让学生了解电磁感应在发电中的重要作用。
- 通过实例分析，讲解电磁感应对于电场强度的影响，以及电流大小对电能转换效率的影响。
2. 电磁感应在变压器中的应用- 引导学生了解变压器的结构和工作原理。
讲解变压器中的互感现象和电磁感应现象。
- 通过实验观察和计算分析，让学生认识变压器中的电流变化规律，并提高对于电磁感应的理解。
四、实验训练与问题解答1. 实验设计- 设计一系列与电磁感应与电流变化相关的实验，包括感应电动势与磁通量、感应电动势与导线长度、感应电动势与导线速度等实验。
- 引导学生进行实验观察，记录实验数据，并通过实验数据分析结果。
2. 问题解答- 针对学生在实验过程中遇到的问题，提供解答和指导。
引导学生思考并解决实验中的难点和疑惑。
五、总结与评价通过本次教学过程，学生通过理论讲解、实例分析以及实验训练，深入了解了电磁感应与电流变化的基本概念和原理。
磁场竞赛辅导讲义精选全文完整版
B 可编辑修改精选全文完整版高三物理竞赛辅导磁场与电磁感应第一讲 磁场主讲：孙琦一、毕奥——萨伐尔定律与磁力矩1．毕奥——萨伐尔定律如图所示，设ΔL 为导线的一段微元，其电流强度为I ，则在真空中距该“线微元”为r 的P 处，此通电线微元产生的磁感应强度为：θπμsin 420L r I B ∆=∆，式中θ为电流方向与r 之间的夹角，A m T /10470⋅⨯=-πμ，B ∆的方向可由右手定则得。
⑷细长密绕通电螺线管内的磁感应强度为:nI B 0μ=,n 是螺线管单位长度上线圈的匝数,此式表示的是匀强磁场2．磁力矩匀强磁场对通电线圈作用力的磁力矩的计算式为：θcos NBIS M = 式中的N 为线圈匝数，I 为线圈中通过的电流强度，θ为线圈平面与磁场方向所夹的角，S 为线圈的面积，而不管线圈是否是矩形，且磁力矩的大小与转轴的位置无关。
例1.如图所示，将均匀细导线做成的环上的任意两点A 和B 与固定电源相连接起来，计算由环上电流引起的环中心的磁感应强度。
例2.一个质量均匀分布的细圆环，其半径为r ，质量为m ，令此环均匀带正电，总电量为Q 。
现将此环放在绝缘的光滑水平面上，如图所示，并处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下，当此环绕通过其中心的竖直轴以匀速度ω沿图示方向旋转时，试求环中的张力。
例3.两根互相平行的长直导线相距10cm ，其中一根通电的电流是10A ，另一根通电电流为20A ，方向如图。
试求在两导线平面内的P 、Q 、R 各点的磁感强度的大小和方向。
例4.如图所示，无限长竖直向上的导线中通有恒定电流0I ，已知由0I 产生磁场的公式是r I k B 0=，k 为恒量，r 是场点到0I 导线的距离。
边长为2L 的正方形线圈轴线OO ‘与导线平行。
某时刻该线圈的ab 边与导线相距2L ，且过导线与中心轴线OO ‘的平面与线圈平面垂直，已知线圈中通有电流I ，求此时线圈所受的磁力矩。
2014年五一高中物理竞赛提高班导学3-光学和近代物理
清北学堂集中培训课程导学
（2014 年五一集中培训课程使用）
2014 年五一高中物理竞赛提高班导学
（第三次）
资料说明
本导学用于学员在实际授课之前，了解授课方向及重难点。同时还附上部分知识点的 详细解读。本班型导学共由 4 份书面资料构成。在 2014 年 4 月 10 日，公司还会发布相应 班型的详细授课大纲，敬请关注。
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知识框架
几何光学 几何光学理论基础 成像基本公式 光的波动性 物理光学 光的量子性 不确定关系 原子和原子核 原子结构 原子核 时间膨胀与长度收缩 狭义相对论 洛伦兹变换 同时的相对性 相对论力学
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重点难点
光学与近代物理是竞赛大纲与高考大纲要求相差较多的部分。 竞赛对光学与近代物理知 识的要求基本可以达到大学物理的要求， 因而对高中生而言这两部分内容从知识层面讲较难。 几何光学部分， 需要掌握大量的成像公式， 从基本成像公式出发可解决绝大部分几何光 学题目。此外掌握一定的光路作图技巧在解决几何光学问题时也十分有益。 波动光学部分，需要理解与光的波动性相关的干涉、衍射现象及相关公式，波动光学题 目在竞赛中所占比例不高，理解现象并掌握公式即可解决绝大部分问题。 原子和原子核部分， 需要掌握原子结构及核反应相关知识。 光谱规律要掌握氢原子光谱 波长公式。 狭义相对论部分，需要掌握洛伦兹变换、时间膨胀和长度收缩变换公式，理解“固有” 概念并在解题中正确使用变换公式。由于狭义相对论理论性较强，理解颇有难度。
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高中物理竞赛辅导教程 电磁感应
电磁感应§3。
1 基本磁现象由于自然界中有磁石(43OFe )存在，人类很早以前就开始了对磁现象的研究。
人们把磁石能吸引铁`钴`镍等物质的性质称为磁性。
条形磁铁或磁针总是两端吸引铁屑的能力最强，我们把这吸引铁屑能力最强的区域称之为磁极。
将一条形磁铁悬挂起来，则两极总是分别指向南北方向，指北的一端称北极(N 表示)；指南的一端称南极(S 表示)。
磁极之间有相互作用力，同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。
磁针静止时沿南北方向取向说明地球是一个大磁体，它的N 极位于地理南极附近，S 极位于地理北极附近。
1820年，丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应。
第一个揭示了磁与电存在着联系。
长直通电导线能给磁针作用；通电长直螺线管与条形磁铁作用时就如同条形磁铁一般；两根平行通电直导线之间的相互作用……，所有这些都启发我们一个问题:磁铁和电流是否在本源上一致? 1822年，法国科学家安培提出了组成磁铁的最小单元就是环形电流，这些分子环流定向排列，在宏观上就会显示出N 、S 极的分子环流假说。
近代物理指出，正是电子的围绕原子核运动以及它本身的自旋运动形成了“分子电流”，这就是物质磁性的基本来源。
一切磁现象的根源是电流，以下我们只研究电流的磁现象。
§3。
2 磁感应强度3．2．1、磁感应强度、毕奥∙萨伐尔定律将一个长L ，I 的电流元放在磁场中某一点，电流元受到的作用力为F 。
当电流元在某一方位时，这个力最大，这个最大的力m F和IL 的比值，叫做该点的磁感应强度。
将一个能自由转动的小磁针放在该点，小磁针静止时N 极所指的方向，被规定为该点磁感应强度的方向。
真空中，当产生磁场的载流回路确定后，那空间的磁场就确定了，空间各点的B 也就确定了。
根据载流回路而求出空间各点的B 要运用一个称为毕奥—萨伐尔定律的实验定律。
毕—萨定律告诉我们：一个电流元I ∆L(如图3-2-1)在相对电流元的位置矢量为r的P 点所产生的磁场的磁感强度B ∆大小为2sin r L I K θ∆=，θ为顺着电流I ∆L 的方向与r方向的夹角，B∆的方向可用右手螺旋法则确定，即伸出右手，先把四指放在I ∆L 的方向上，顺着小于π的角转向r 方向时大拇指方向即为B ∆的方向。
2014物理五一冲刺圆梦高考2.pdf
2014物理五一冲刺圆梦高考2 带电粒子在复合场中的运动 1. 如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B束，下列说法中正确的是( ) A．组成A、B束的离子都带负电 B．组成A、B束的离子质量一定不同 C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷 D．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 解析 由左手定则可知，组成A、B束的离子都带正电，选项A错误．经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，离子速度相等，在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不同，由r＝可知组成A、B束的离子比荷一定不同，质量有可能相同，A束离子的比荷大于B束离子的比荷，选项B错误，C正确．由于离子带正电，所受电场力向右，所受洛伦兹力一定向左，由左手定则，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里，选项D错误． 答案 C 2. (多选题)如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B)和匀强电场(E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场(B′)，最终打在A1A2上．下列表述正确的是( ) A．粒子带负电 B．所有打在A1A2上的粒子，在磁场B′中运动时间都相同 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷越大 解析 粒子在匀强磁场B′中向左偏转，根据左手定则可知粒子带正电，选项A错误；打在A1A2上的粒子的运动时间t＝＝，与粒子的比荷有关，粒子的比荷不同，在磁场B′中运动时间不同，选项B错误；粒子在复合场中做直线运动，Eq＝Bvq，所以v＝，选项C正确；粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子在磁场B′中做圆周运动的轨道半径r越小，根据r＝可得＝，所以粒子的比荷越大，选项D正确． 答案 CD 3． 如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b( ) A．穿出位置一定在O点下方 B．穿出位置一定在O′点上方 C．运动时，在电场中的电势能一定减小 D．在电场中运动时，动能一定减小 解析 若粒子b带正电荷，其向下偏转做类平抛运动，穿出位置一定在O点下方，相反，若其带负电荷，其向上偏转做类平抛运动，穿出位置一定在O′点上方，选项A、B错误；在电场中运动时，电场力做正功，动能一定增大，电势能一定减小，选项C正确，D错误． 答案 C 4．(多选题)如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，两平行金属板间有匀强磁场．开关S闭合后，当滑动变阻器滑片位于图示位置时，一带电粒子恰好以速度v匀速穿过两板．若不计重力，以下说法正确是( ) A．如果将开关断开，粒子将继续沿直线运动 B．保持开关闭合，将a极板向下移动一点，粒子可能向上偏转 C．保持开关闭合，将滑片P向上滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出 D．保持开关闭合，将滑片P向下滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出 解析 如果将开关断开，粒子将在洛伦兹力作用下偏转，选项A错误．保持开关闭合，将a极板向下移动一点，电容增大，电容器充电，两极板之间电场强度增大，粒子所受电场力增大，粒子可能向上偏转，选项B正确．保持开关闭合，将滑片P向上滑动一点，平行金属板间电压降低，粒子所受电场力小于洛伦兹力．若粒子带负电，粒子将可能从下极板边缘射出，选项C正确．保持开关闭合，将滑片P向下滑动一点，平行金属板间电压升高，粒子所受电场力大于洛伦兹力．若粒子带正电，粒子将可能从下极板边缘射出，选项D正确． 答案 BCD 5．如图所示，在水平地面上方附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场区域．磁场的磁感应强度为B，方向水平并垂直纸面向里．一质量为m、带电荷量为q的带正电微粒在此区域内沿竖直平面(垂直于磁场方向的平面)做速度大小为v的匀速圆周运动，重力加速度为g. (1)求此区域内电场强度的大小和方向； (2)若某时刻微粒在场中运动到P点时，速度与水平方向的夹角为60°，且已知P点与水平地面间的距离等于其做圆周运动的半径．求该微粒运动到最高点时与水平地面间的距离； (3)当带电微粒运动至最高点时，将电场强度的大小变为原来的(不计电场变化对原磁场的影响)，且带电微粒能落至地面．求带电微粒落至地面时的速度大小． 解析 (1)微粒所受的电场力和重力等大反向，因此电场强度的方向竖直向上， mg＝qE，即E＝ (2)由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，qvB＝，解得 R＝ 由几何关系可知，该微粒运动到最高点时与水平地面间的距离 hm＝＝ (3)电场力变为F电＝，带电微粒从最高点运动至地面的过程中，只有重力和电场力做功．设微粒落地时速度大小为vt，由动能定理， mghm－F电hm＝mv－mv2，解得vt＝ 答案 (1)，方向竖直向上 (2) (3) 6. 如图所示，在xOy坐标系中，x轴上N点到O点的距离是12 cm，虚线NP与x轴负向的夹角是30°.第象限内NP的上方有匀强磁场，磁感应强度B＝1T，第象限有匀强电场，方向沿y轴正向．一质量m＝8×10－10 kg、电荷量q＝1×10－4 C的带正电粒子，从电场中M(12，－8)点由静止释放，经电场加速后从N点进入磁场，又从y轴上P点穿出磁场．不计粒子重力，取π＝3，求： (1)粒子在磁场中运动的速度v； (2)粒子在磁场中运动的时间t； (3)匀强电场的电场强度E. 解析 (1)粒子在磁场中的轨迹如图，由几何关系，得粒子做圆周运动的轨道半径 R＝×12 cm＝0.08 m 由qvB＝m得v＝104 m/s. (2)粒子在磁场中运动轨迹所对圆心角为120°，则有t＝×＝1.6×10－5 s. (3)由qEd＝mv2得E＝＝5×103 V/m. 答案 (1)104 m/s (2)1.6×10－5 s (3)5×103 V/m 7. 如图所示，现在有一个小物块，质量为m＝80 g，带上正电荷q＝2×10－4 C．与水平的轨道之间的动摩擦因数μ＝0.2，在一个水平向左的匀强电场中，E＝4×103 V/m，在水平轨道的末端N处，连接一个光滑的半圆形轨道，半径为R＝40 cm，取g＝10 m/s2，求： (1)小物块恰好能够运动到轨道的最高点L，那么小物块应该从水平轨道哪个位置释放？ (2)如果在上小题的位置释放小物块，当它运动到P(轨道中点)点时轨道对它的支持力等于多少？ (3)同位置释放，当物体运动到N点时，突然撤去电场，撤去电场的同时，加一匀强磁场，磁感应强度B＝2 T，方向垂直纸面向里，能否运动到L点？请说明理由．如果最后能落回到水平面MN上，则刚到达MN时小物块的速度大小为多少？ 解析 (1)物块能通过轨道最高点的条件是 mg＝m，v＝2 m/s Eqs＝μmgs＋mv2＋mg·2R 解得s＝1.25 m (2)物块到P点时mv2＋mgR＋EqR＝mv vP＝2 m/s，FN－Eq＝，FN＝4.8 N (3)能达到．因为洛伦兹力不做功，到达最高点速度仍为v＝2 m/s，所受洛伦兹力背离圆心，轨道对小物块会产生向下的支持力，所以能到达最高点L. 落回到MN水平面时，重力做功为零，洛伦磁力做功为零，所以速度的大小vt等于第一次经过N点时的速度大小． Eqs＝μmgs＋mv vt＝vN＝2 m/s 答案 (1)1.25 m (2)4.8 N (3)能达到，2 m/s 8．如图所示，两块很大的平行导体板MN、PQ产生竖直向上的匀强电场，两平行导体板与一半径为r的单匝线圈连接，在线圈内有一方向垂直线圈平面向里、磁感应强度变化率为的磁场B1，在两导体板间还存在有理想边界的匀强磁场，该磁场分为、两个区域，其边界为MN、ST、PQ，磁感应强度的大小均为B2，方向如图．区域高度为d1，区域高度为d2；一个质量为m、电量为q的带正电的小球从MN板上方的O点由静止开始下落，穿过MN板的小孔进入复合场后，恰能做匀速圆周运动，区域的高度d2足够大，带电小球在运动中不会与PQ板相碰，重力加速度为g，求： (1)线圈内磁感应强度的变化率； (2)若带电小球运动后恰能回到O点，求带电小球释放时距MN的高度h； (3)若带电小球从距MN的高度为3h的O′点由静止开始下落，为使带电小球运动后仍能回到O′点，在磁场方向不改变的情况下对两导体板之间的匀强磁场作适当的调整，请你设计出两种方案并定量表示出来． 解析 (1)带电小球进入复合场恰能做匀速圆周运动，则电场力与重力平衡，得mg＝qE＝＝， 所以，＝. (2)只有小球从进入磁场的位置离开磁场，做竖直上抛运动，才能恰好回到O点，由于两个磁场区的磁感应强度大小相等，所以半径都为R，由图可知O1O2O3是等边三角形 mgh＝mv2 qvB2＝m R＝d1 解得h＝. (3)方案一：改变磁感应强度B2 由h＝，可知 要使h变为3h，应使B2′＝B2. 方案二：改变磁场的宽度d1 由h＝可知，要使h变为3h，应使d1′＝d1 由于mg＝qE的条件必须得到满足，因此必须满足d1′＋d2′＝d1＋d2(否则两导体板间的电压会发生变化)，所以： d2′＝d1＋d2－d2′＝(1－)d1＋d2＝d2－(－1)d1. 答案 (1) (2) (3)见解析 9．如图甲所示，光滑、绝缘直角三角形斜面MON固定在水平地面上，ON边长s＝12 m，θ＝37°；虚线左、右空间存在磁感应强度为B1＝(T)、B2＝(T)的匀强磁场，方向分别垂直于纸面向外、向里；整个空间存在着竖直方向的、随时间交替变化的匀强电场(如图乙所示，竖直向上方向为正方向)．在距O点L＝(m)处的P点有一物块抛射器，在t＝0时刻将一质量为m、带电荷量为q(q>0)的小物块(可视为质点)抛入电磁场，小物块恰好能在O点切入ON斜面．设小物块在ON面上滑行时无电荷损失且所受洛伦兹力小于2mgcosθ，求： (1)小物块抛出速度的大小； (2)小物块从抛出到运动至N点所用时间． 解析 (1)t＝0时刻小物块进入电磁场，由乙图知，电场方向向上，且有Eq＝mg，所以小物块在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 小物块恰好由O点切入斜面，小物块被抛出时的速度方向必垂直于MO，设此过程中小物块运动的时间为t1，有 qBv＝，T＝，R＝，t1＝ 代入数据解得，小物块的抛出速度的大小v＝6m/s，运动周期T＝1 s，在磁场B1中运动的时间t1＝0.5 s. (2)小物块切入ON时，电场方向变为向下，有 (mg＋Eq)sinθ＝ma， 将E＝代入，解得a＝12 m/s2 当电场变为竖直向上后小物块正好做一个完整的圆周运动，然后电场方向又变为竖直向下，小物块继续沿斜面以a＝12 m/s2的加速度下滑，故设小物块在斜面上滑行的总时间为t2，则有s＝vt2＋at 代入数据得t2＝1 s(t2＝－2 s舍去) 分析知，小物块沿斜面下滑0.5 s后，做一个完整的圆周运动，然后又沿斜面下滑0.5 s到达N点，设做圆周运动的时间是t3，因为T＝，T′＝，又B2＝2B1，所以T＝，则t3＝T＝＝0.5 s 小物块从P点运动到N点所用时间为 t＝t1＋t2＋t3＝2.0 s. 答案 (1)6 m/s (2)2.0 s 10. 如图所示，方向垂直纸面向里的匀强磁场的边界是一个半径为r的圆，圆心O1在x轴上，OO1距离等于圆的半径．虚线MN平行于x轴且与圆相切于P点，在MN的上方是正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度的大小为E，方向沿x轴的负方向，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外．有一群相同的正粒子，以相同的速率，在纸面内沿不同方向从原点O射入第象限，粒子的速度方向在与x轴成θ＝30°角的范围内，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后，恰好在正交的电磁场中做直线运动．粒子的质量为m，电荷量为q(不计粒子的重力)．求： (1)粒子的初速率； (2)圆形有界磁场的磁感应强度； (3)若只撤去虚线MN上面的磁场B，这些粒子经过y轴的坐标范围． 解析 (1)由Eq＝qv0B，得v0＝. (2)设正粒子在圆形有界磁场中做匀速圆周运动的半径为R，有R＝r，qv0B′＝，得B′＝. (3)沿x轴正方向进入圆形有界磁场的粒子经电场E偏转后，过y轴上点的坐标最大， r＝·t，Δy1＝v0t1，y1＝Δy1＋r 得y1＝r＋ . 沿与x轴正方向成θ＝30°角进入圆形有界磁场的粒子经电场E偏转后，过y轴上点的坐标最小， r＝·t，Δy2＝v0t2，y2＝Δy2＋r 得y2＝r＋ 即：r＋ ≤y≤r＋ . 答案 (1) (2) (3)r＋ ≤y≤r＋ 高考学习网： 高考学习网：。
高中物理竞赛培训电磁学部分课件
当电容器与电源相连时，电荷会从电源流入电容 器，使电容器两极板间形成电场，电容器的电压 会逐渐升高；当电容器与电源断开时，电荷会从 电容器流出，形成电流。
电容器在电路中的作用
在电路中，电容器可以起到滤波、耦合、旁路、 储能等作用。
电容器的应用实例
在电子设备中，电容器被广泛应用于信号处理、 电源滤波、旁路、谐振等场合。
详细描述
环路定理是由英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的。该定理表明，磁场沿闭合回路的线积分等于穿过该 回路所围区域的电流总量。这个定理在电磁学中有着广泛的应用，可以用来解决各种与磁场和电流相关的问题。
欧姆定律与基尔霍夫定律
总结词
欧姆定律和基尔霍夫定律是电路分析中的基本定律，它们描述了电路中电流、电压和电阻之间的关系。
VS
详细描述
库仑扭秤实验是电磁学中一个非常著名的 实验，通过这个实验，科学家们验证了库 仑定律，即两个点电荷之间的作用力与它 们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的 距离的平方成反比。这个实验对于理解电 磁学中的基本概念和规律非常重要。
法拉第电磁感应实验
总结词
法拉第电磁感应实验揭示了磁场与电场之间的相互作用关系， 是电磁学中的一个里程碑实验。
详细描述
法拉第电磁感应实验是电磁学发展史上的一个重要实验。通 过这个实验，科学家们证明了变化的磁场可以产生电场，从 而揭示了磁场与电场之间的相互作用关系。这个实验对于现 代电磁技术的发展和应用具有重要意义。
霍尔效应实验
总结词
霍尔效应实验揭示了磁场对电流的影响，对 于现代电子技术和磁学研究具有重要意义。
法拉第电磁感应定律
感应电动势的大小与磁通量变 化率成正比。
麦克斯韦方程组
高中物理竞赛知识点
高中物理竞赛知识点高中物理竞赛涵盖了广泛而深入的物理知识，对于想要在竞赛中取得好成绩的同学来说，系统地掌握这些知识点至关重要。
一、力学1、运动学这部分包括直线运动、曲线运动。
直线运动中的匀变速直线运动，其速度、位移公式需要熟练掌握。
对于曲线运动，重点是平抛运动和圆周运动。
平抛运动要理解水平和竖直方向的分运动规律，圆周运动则要清楚线速度、角速度、向心加速度等概念，以及向心力的来源和计算。
2、牛顿运动定律牛顿第一定律揭示了物体的惯性本质；牛顿第二定律是力学的核心，F ＝ ma 这个公式要能灵活运用，解决各种受力情况下物体的运动问题；牛顿第三定律则说明了作用力和反作用力的关系。
3、机械能包括动能、势能（重力势能、弹性势能）的概念和计算。
机械能守恒定律是重点，要能判断在何种情况下机械能守恒，并运用其解决问题。
4、动量动量和冲量的概念要清晰，动量定理和动量守恒定律在碰撞、爆炸等问题中经常用到。
二、热学1、分子动理论了解物质是由大量分子组成的，分子在不停地做无规则运动，分子间存在相互作用力。
2、热力学定律热力学第一定律揭示了能量的守恒与转化，热力学第二定律则说明了热现象的方向性。
三、电磁学1、静电场库仑定律、电场强度、电势、电势能等概念是基础。
要能熟练运用电场线和等势面来分析电场的性质。
2、电路掌握串并联电路的特点，欧姆定律，电阻的串并联计算。
复杂电路可以用基尔霍夫定律来分析。
3、磁场磁感应强度的概念，安培力和洛伦兹力的计算。
带电粒子在磁场中的运动是重点和难点，需要掌握其运动规律和半径、周期的计算。
4、电磁感应法拉第电磁感应定律是关键，要能分析各种情况下的电磁感应现象，计算感应电动势。
四、光学1、几何光学光的直线传播、反射、折射定律，全反射现象。
能利用这些知识解决平面镜成像、凸透镜和凹透镜成像等问题。
2、物理光学光的干涉、衍射、偏振现象，了解双缝干涉实验和薄膜干涉的原理。
五、近代物理1、原子物理原子的结构模型，氢原子能级，原子核的组成，放射性衰变等内容都需要掌握。
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重点难点
电磁学中，除稳恒电流和交变电流外，其他部分均可与力学结合，题目类型层出不穷， 是竞赛中的难点。 静电场部分，库仑定律是静电场基本定律，此外电场强度还可用高斯定理计算。静电场 中的导体涉及静电屏蔽，该部分理解容易，但应用中变化较多。 稳恒电流部分， 题目主要涉及的是复杂电路的计算。 复杂电路的化简是竞赛中一大难点， 需要熟练掌握基尔霍夫定律， 灵活运用电路对称性、 叠加原理和 Y-Δ 变换化简电路并求解。 磁场部分，主要题型是通过安培力或洛伦兹力将题目与运动学、动力学结合，也是电磁 学的重点和难点。此外，对磁场还要求能使用比奥-萨法尔定律计算磁感应强度。 电磁感应部分，经常将感应电动势通过的安培力与运动学、动力学结合，重点在于掌握 法拉第电磁感应定律，理解动生、感生电动势。
q1 q 2 r2 。
2. 电场强度 （1） 电场强度 电场的客观存在可由电场对处于其中的任意电荷的作用力来体现， 为了从力的角度描绘
F 这个客观存在的场，引入电场强度这一物理量，其定义为 E 。 q
其中，q 为试验电荷。为了确定空间每点的电场性质，试验电荷必须是点电荷。电场强 度在电场确定后就已经确定了，与试验电荷无关。 （2） 叠加原理 电场强度是矢量，方向与该点正电荷受力方向相同。当空间有多个电荷产生的场强时， 空间某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点场强的矢量和，这叫做场强的叠加原理。 （3） 高斯定理 通过一个任意闭合曲面的电通量 e 等于该面包围的所有电荷电量的代数和的 4K 倍 （或 1 0 倍） 。 高斯定理说明静电场是有源场。 利用高斯定理可以求出某些具有对称性电场的电场强度。 （4） 几种特殊带电体的场强 i. 点电荷： E K
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知识梳理
一、
1.
静电场
库仑定律 库伦定律是电磁场理论的基本定律之一。 其内容是： 真空中两个静止的点电荷之间的作 用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比， 与它们距离的平方成反比， 作用力的方向沿着这
F k
两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。即
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2014-4-5 发布
清北学堂教学研究部
清北学堂集中培训课程导学
2014 年寒假物理竞赛提高班导学(电磁学部分)
目录
知识框架 .......................................................................................................................................... 3 重点难点 .......................................................................................................................................... 4 知识梳理 .......................................................................................................................................... 5 一、 静电场....................................................................................................................... 5 1. 库仑定律................................................................................................................... 5 2. 电场强度................................................................................................................... 5 3. 电势和电势能 ........................................................................................................... 6 4. 静电场中的导体和电介质 ....................................................................................... 6 5. 电容和电容器 ........................................................................................................... 7 二、 稳恒电流................................................................................................................... 8 1. 欧姆定律................................................................................................................... 8 2. 电功和电功率 ........................................................................................................... 8 3. 复杂电路计算 ........................................................................................................... 8 三、 磁场........................................................................................................................... 9 1. 磁感应强度............................................................................................................... 9 2. 安培力..................................................................................................................... 10 3. 洛伦兹力................................................................................................................. 11 四、 电磁感应................................................................................................................. 11 1. 楞次定律................................................................................................................. 11 2. 法拉第电磁感应定律 ............................................................................................. 11 3. 动生、感生电动势 ................................................................................................. 12 例题选讲 ........................................................................................................................................ 13 巩固习题 ........................................................................................................................................ 23 参考答案 ........................................................................................................................................ 26
要确定电势能的大小，还需要选择一个零势能参考点。通常，如果带电体系局限在有限大小 的空间里，选择无穷远处的电势能为零。那么 WQ K
qq0 。 r1
电势能除了与电场有关，还与 q0 有关。因此，用 Wp 与 q0 的比值描绘电场，称之为电 势。电势为标量 U
q(r)为半径 r 的球体内带电荷量。
iv.
无限大带电薄板： E
， 为电荷密度。 2 0