【新步步高】2014-2015学年高中物理 2.5电功率 第1课时学案(含解析)粤教版选修3-1

学案4 电场线[学习目标定位] 1.理解电场强度的概念及公式，并会进行有关的计算.2.会用电场线表示电场，并熟记几种常见电场的电场线分布特征.3.理解点电荷的电场强度及场强叠加原理．一、电场法拉第认为在电荷的周围存在着由它产生的 ，处在电场中的其他电荷受到的 就是这个电场给予的．近代物理学认为电场以及磁场是一种客观存在，并且是互相联系的，统称为 ， 与 是物质存在的两种不同形式． 二、电场强度试探电荷在电场中某个位置 与它的 的比值叫电场强度，用公式E ＝Fq 表示；单位是 ，符号为 ；电场强度是矢量，方向与 的受力方向相同． 三、电场线电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向．在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏，电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线．三、电场线 匀强电场 [问题设计]1．电场线是如何表示电场方向和强弱的？2．电场线是真实存在的吗？能不能相交？[要点提炼]1．电场线的特点有：(1)起始于无限远或正电荷，终止于负电荷或无限远．(2)任意两条电场线不相交．(3)在同一幅图中，电场线的疏密表示场强的大小，电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向．2．匀强电场中各点的电场强度大小相等，方向相同；电场线是间距相等的平行线．[延伸思考]1．点电荷、等量同号点电荷、等量异号点电荷电场的电场线有何特点？答案点电荷的电场：正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处，负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷，如图所示，其特点有：(1)点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点．(2)若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直．在此球面上场强大小处处相等，方向各不相同．等量同号点电荷的电场：电场线分布如图所示(以等量正点电荷为例)，其特点有：(1)两点电荷连线上，中点O处场强为零，向两侧场强逐渐增大，方向指向中点．(2)两点电荷连线中点O沿中垂面(中垂线)到无限远，电场线先变密后变疏，即场强先变大后变小，方向背离中点．等量异号点电荷的电场：电场分布如图所示，其特点有：(1)两点电荷连线上的各点场强方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向场强先变小再变大，中点处场强最小．(2)两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面(或中垂线)垂直且指向负点电荷一侧．沿中垂面(中垂线)从中点到无限远处，场强大小一直减小，中点处场强最大．2．电场线和带电粒子在电场中的运动轨迹相同吗？答案不一定相同．电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场线上每点的切线方向为该点的场强方向，也是正电荷在该点的受力方向(与负电荷受力方向相反)．运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的径迹，径迹上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向．在力学的学习中我们就已经知道，物体运动速度的方向和它的加速度的方向是两回事，不一定相同，因此，电场线与运动轨迹不能混为一谈，不能认为电场线就是带电粒子在电场中运动的轨迹．只有当电场线是直线，且带电粒子只受静电力作用(或受其他力，但方向沿电场线所在直线)，同时带电粒子的初速度为零或初速度方向沿电场线所在直线时，运动轨迹才和电场线重合，这只是一种特殊情况．一、电场线的理解和应用例1某电场的电场线分布如图5所示，下列说法正确的是()图5A．c点的电场强度大于b点的电场强度B．若将一试探电荷＋q由a点静止释放，它将沿电场线运动到b点C．b点的电场强度大于d点的电场强度D．a点和b点的电场强度的方向相同例2关于电场线的特征，下列说法中正确的是()A．如果某空间中的电场线是曲线，那么在同一条电场线上各处的场强不相同B．如果某空间中的电场线是直线，那么在同一条电场线上各处的场强相同C．如果空间中只存在一个孤立的点电荷，那么这个空间中的任意两条电场线相交；如果空间中存在两个以上的点电荷，那么这个空间中有许多电场线相交D．电场中任意两条电场线都不相交例3下列各电场中，A、B两点电场强度相同的是()例4如图所示是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是()A．这个电场可能是负点电荷的电场B．点电荷q在A点处受到的电场力比在B点处受到的电场力大C．负电荷在B点处受到的电场力的方向沿电场线的切线方向D．点电荷q在A点处的瞬时加速度比在B点处的瞬时加速度小(不计重力)例5如图所示，有一水平方向的匀强电场，场强大小为900 N/C，在电场内一水平面上作半径为10 cm的圆心为O的圆，圆上取A、B两点，AO沿电场方向，BO⊥OA，另在圆心处放一电荷量为10－9C的正点电荷，则A处场强大小E A＝________ N/C，B处场强大小E B＝________ N/C.1．如图6所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线，在这条线上有A、B两点，用E A、E B表示A、B两处的场强，则()图6A．A、B两处的场强方向相同B．因为A、B在一条电场线上，且电场线是直线，所以E A＝E BC．电场线从A指向B，所以E A＞E BD．不知A、B附近电场线的分布情况，E A、E B的大小不能确定2．如图2所示是点电荷Q周围的电场线，图中A到Q的距离小于B到Q的距离．以下判断正确的是()图2A．Q是正电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度B．Q是正电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度C．Q是负电荷，A点的电场强度大于B点的电场强度D．Q是负电荷，A点的电场强度小于B点的电场强度3．如图5所示，实线是一簇未标明方向的由点电荷Q产生的电场线，若带电粒子q(|Q|≫|q|)由a运动到b，静电力做正功．已知在a、b两点粒子所受静电力分别为F a、F b，则下列判断正确的是()图5A．若Q为正电荷，则q带正电，F a＞F bB．若Q为正电荷，则q带正电，F a＜F bC．若Q为负电荷，则q带正电，F a＞F bD．若Q为负电荷，则q带正电，F a＜F b。

学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
三、导线在安培力作用下的平衡 问题
例 4 如图所示，光滑导轨与水 平面成 α 角，导轨宽 L.有大小 为 B 的匀强磁场，方向垂直导 轨面，金属杆长为 L，质量为 m，水平放在导轨上.当回路中 通过电流时，金属杆正好能静 止.求：电流的大小为多大？ 磁感应强度的方向如何？
一、直流电动机及磁电式电表的原理
例 1 (单选)如图中①②③所示， 在匀强磁场中，有三个通电线 圈处于如图所示的位置，则
(B ) A.三个线圈都可以绕 OO′轴
转动
B. 只 有 ② 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
C.只 有 ①② 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
D.只 有 ②③ 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
解析 从侧面对棒受力分析如 图，安培力的方向由左手定则判 出为水平向右，
F＝ILB＝5×0.2×0.6 N＝0.6 N. 由平衡条件得重力 mg＝tanF37°＝0.8 N.
答案 0.8 N
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再见
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高中物理·选修3-1·粤教版
第三章 磁 场
3.4 安培力的应用
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
1 知道直流电动机、磁电式电表的基本构造及工作原理. 2 会分析导线在安培力作用下的转动与平衡问题.
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
一、直流电动机 1.安培力 机械能 直流 单相交流电动机 2.向下 向上 3.输入电压 二、磁电式电表 1.磁铁 线圈 2.电流 安培力 指针偏角

即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)电功率越大，表示电流做功越多.( × ) (2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.( √ ) (3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( √ ) (4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的内能.
3.纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：只有 电阻元件 的电路. 在纯电阻电路中，电场力所做的功 等于 电流通过这段导体所产生的热量.电能 全部转化为 内能 ，如 电炉 、 电烙铁 、 电热毯 、 电热水器 、电熨斗等. (2)非纯电阻电路：含有 电动机 、 电解槽 的电路. 在非纯电阻电路中，电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为 机械能 或 化学能 .
(5)电源的效率：η＝PP出 总×100%＝UE×100%，对于纯电阻电路，η＝R＋R r×100%.
2.串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…)I＝P1＋P2＋P3＋… (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…)＝P1＋P2＋P3＋… 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是 非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和.
图3
根据欧姆定律可求出电路中的电流 I＝UR11＝2.0 A
电源的总功率P总＝EI＝20 W
(2)电源的输出功率； 答案 18 W 解析 电源的输出功率P出＝EI－I2r＝18 W
(3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率.
答案 12 W 8 W 解析 根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压U2＝E－U1－Ir＝6 V 电动机消耗的电功率P电＝U2I＝12 W 电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P机＝U2I－I2R0＝8 W.

【新步步高】2014-2015学年高中物理 综合检测（含解析）粤教版选修3-3(时间：90分钟 满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)1．用M 表示液体或固体的摩尔质量，m 表示分子质量，ρ表示物质密度，V m 表示摩尔体积，V 0表示分子体积．N A 表示阿伏加德罗常数，下列关系式不正确的是( )A ．N A ＝V 0V mB ．N A ＝V m V 0C ．V m ＝MρD ．m ＝M /N A2．对于一定质量的理想气体，下列情况中不可能发生的是( ) A ．分子热运动的平均动能不变，分子间平均距离减小，压强变大 B ．分子热运动的平均动能不变，分子间平均距离减小，压强减小 C ．分子热运动的平均动能增大，分子间平均距离增大，压强增大 D ．分子热运动的平均动能减小，分子间平均距离减小，压强不变 3．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( ) A ．晶体一定有天然的规则外形 B ．冰有固定的熔点，一定是晶体C ．晶体的物理性质一定表现为各向异性D ．水晶片和玻璃片都是透明的，故它们都是晶体4．下图中的四个图象是一定质量的气体，按不同的方法由状态a 变到状态b ，则反映气体变化过程中从外界吸热的是( )5．下面提供了科技发展的四则信息：①低温技术已有重大突破，1933年低温已达0.25K,1957年达到了2×10－5K,1995年通过一系列巧妙的方法已达到1×10－8K ．随着低温技术的出现和发展，科学家一定能把热力学温度降到绝对零度以下． ②随着火箭技术的发展，人类一定能够在地球上任意位置的上空发射一颗同步卫星． ③一个国际科研小组正在研制某种使光速大大降低的介质，这些科学家希望在不久的将来能使光的速度降到每小时40m 左右，慢到几乎与乌龟爬行的速度相仿． ④由于太阳的照射，海洋表面的温度可达30℃左右，而海洋深处的温度要低得多，在水深600～1000m 的地方，水温约4℃，因此人们正在研制一种抗腐蚀的热交换器，利用海水温差发电，并取得了成功．试辨别、判断以上信息中正确的是( ) A ．①②B ．②④C ．①③D ．③④6．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程( ) A ．都具有方向性B ．只是部分具有方向性C ．没有方向性D ．无法确定 二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)7．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是( ) A ．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动 B ．永动机是不可能制成的C ．密封在体积不变的容器中的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大D ．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体8．一定质量的理想气体( )A．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度B．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积C．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度D．先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能9．如图1所示是一定质量的理想气体的p－V图线，若其状态由A→B→C→A，且A→B等容，B→C等压，C→A等温，则气体在A、B、C三个状态时( )图1A．单位体积内气体的分子数n A＝n B＝n CB．气体分子的平均速率v A>v B>v CC．气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力F A>F B，F B＝F CD．气体分子在单位时间内，对器壁单位面积碰撞的次数是N A>N B，N A>N C10．如图2所示，图2活塞质量为m，缸套质量为M，通过弹簧吊在天花板上，汽缸内封住一定质量的理想气体，缸套与活塞无摩擦，活塞截面积为S，大气压强为p0，缸套和活塞都是由导热材料做成，则当环境温度升高后( )A．封闭气体的压强增大B．气体膨胀活塞上移C．气体膨胀缸套下移题号12345678910 答案11．(8分)(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是________(填写选项前的字母)A．气体分子间的作用力增大B．气体分子的平均速率增大C．气体分子的平均动能减小D．气体组成的系统的熵增加(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是__________J．气泡到达湖面后，气泡中的气体温度上升，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J.12．(6分)图3用如图3所示的实验装置，研究体积不变时气体的压强与温度的关系．当时大气压强为H cmHg.封闭有一定质量的气体的烧瓶，浸在冰水混合物中，使U形管压强计的可动管A和固定管B中的水银面刚好相平．将烧瓶浸入温度为t℃的热水中时，B管水银面将________，这时应将A管________(以上两空格填“上升”或“下降”)，使B管中水银面________，记下此时A、B两管中水银面的高度差为h cm，则此状态下瓶中气体的压强为________cmHg.三、计算题(本题共4小题，共38分)13．(8分)在标准状况下，空气的摩尔质量是M＝29×10－3kg/mol，则空气中气体分子的平均质量是多少？成年人做一次深呼吸，约吸入4.5cm3的空气，则做一次深呼吸吸入空气的质量是多少？所吸入的分子个数大约是多少？14.(8分)图4如图4所示，一集热箱里面封闭着一定量的气体，集热板作为箱的活塞且正对着太阳，其面积为S，在t时间内集热箱里气体膨胀对外做功的数值为W，其内能增加了ΔU，已知照射到集热板上太阳光的能量的50%被箱内气体吸收，求：(1)这段时间内集热箱内的气体共吸收的热量；(2)此位置太阳光在垂直集热板单位面积上的辐射功率．15.图5(10分)如图5所示为火灾报警器的原理图，竖直放置的玻璃试管中装入水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出响声，在27℃时，下端封闭的空气柱长为L1＝20cm，水银柱上表面与导线端点的距离为L2＝10cm，管内水银柱的重量为10N，横截面积为1cm2，大气压强p0＝1.0×105Pa，问：(1)当温度达到多少时报警器会报警？(2)如果温度从27℃升到报警温度的过程中，封闭空气柱从外界吸收的热量为20J，则空气柱的内能增加了多少？16．(12分)图6如图6甲所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B左面汽缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.1V0.开始时活塞在B处，缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297K，现缓慢加热汽缸内气体，直至温度为399.3K．求：(1)活塞刚离开B处时的温度T B(2)缸内气体最后的压强p(3)在图乙中画出整个过程的p－V图线．综合检测1．A2．B [温度T是分子热运动的平均动能的标志，分子间平均距离的变化对应着气体的体积V的变化，根据理想气体状态方程判断知只有B不可能．]3．B [只有单晶体有天然的规则外形，多晶体没有天然的规则外形，故A错误；晶体一定有熔点，非晶体一定没有熔点，故B正确；只有单晶体物理性质表现为各向异性，C错误；玻璃是非晶体，D 错误．]4．D [A 是等温变化，温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，气体放热；B 中p a V a >p b V b ，由pVT＝C (常数)，知T a >T b ，ΔU a >ΔU b ，又V a >V b ，外界对气体做功，故气体放热；C 是等容变化，体积不变，不伴随做功，因T a >T b ，ΔU a >ΔU b ，故气体放热；D 温度不变，内能不变，由p a >p b 知V a <V b ，气体对外界做功，故气体吸热．]5．D [四则信息均为与当今科技发展前沿相关的信息，但①项违背了热力学第三定律，即绝对零度不可达到；②项中同步卫星只能定点在赤道正上方；③项中光速与介质有关，光在不同介质中传播速度不相同；④项中叙述符合能量守恒定律而且不违背物理原理．]8．CD [先等压膨胀，体积增大，再等容降温，压强会减小，但温度不一定低于初温，故A 错误；同理，等温膨胀，压强减小，等压压缩，温度又减小，难以确定体积变化，故B 错误；先等容升温，压强增大，又体积减小，故温度可能等于起始温度，故C 正确；先等容加热，再绝热压缩，气体的温度始终升高，内能一定增加，故D 正确．]9．CD [由图可知B →C ，体积增大，密度减小，A 错；C →A 等温变化，分子平均速率v A ＝v C ，B 错；B →C 为等压过程，p B ＝p C ，而气体分子对器壁产生作用力，F B ＝F C ，F A >F B ，则C 正确；A →B 为等容降压过程，密度不变，温度降低，N A >N B ，C →A 为等温压缩过程，温度不变，密度增大，应有N A >N C ，D 正确．]10．CD [系统重力不变，弹簧伸长不变，故活塞不移动，对缸套受力分析可知，封闭气体压强不变，气体做等压膨胀，缸套下移，气体对外做功，温度随环境温度升高而升高，内能增加，C 、D 正确．]11．(1)D (2)吸收 0.6 0.2解析 (1)气体体积增大，分子间的距离增大，则气体分子间作用力减小，A 错；温度不变，则气体分子的平均速率、平均动能均不变，B 、C 错；根据熵增加原理，D 正确．(2)气体视为理想气体，内能由温度决定，气泡上升时内能不变，ΔU ＝0，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，气泡吸收热量，Q ＝－W ＝0.6J ；到达湖面后，W ＝－0.1J ，Q ＝0.3J ，则ΔU ＝W ＋Q ＝0.2J.12．下降 上升 回到原处 H ＋h13．4.8×10－26kg 5.8×10－6kg 1.2×1020个解析 空气中气体分子的平均质量m ＝M N A ＝29×10－36.02×1023kg ＝4.8×10－26kg 做一次深呼吸吸入空气的质量m ′＝V ′V M ＝4.5×10－622.4×10－3×29×10－3kg ＝5.8×10－6kg做一次深呼吸所吸入的分子个数n ＝V ′V N A ＝4.5×10－622.4×10－3×6.02×1023个＝1.2×1020个14．(1)ΔU ＋W (2)2 ΔU ＋WSt解析 (1)设吸收的热量为Q ，根据热力学第一定律得： ΔU ＝－W ＋Q ，Q ＝ΔU ＋W(2)在垂直集热板单位面积上的辐射功率：P ＝Q St η＝ΔU ＋W St ×50%＝2 ΔU ＋W St15．(1)177℃ (2)18J解析 (1)由V 1T 1＝V 2T 2得T 2＝V 2V 1T 1＝450K t 2＝177℃ (2)气体对外做功W ′＝(p 0S ＋mg )L 2＝2J 由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ＝－W ′＋Q ＝18J16．(1)330K (2)1.1p 0 (3)见解析图解析 (1)活塞离开B 之前，气体做等容变化，据查理定律有0.9p 0T 0＝p 0T B ，得T B ＝T 00.9＝2970.9K＝330K.(2)考虑气体各状态间的关系，设活塞最终可以移动到A 处，从活塞刚离开B 处到刚到达A 处，气体做等压变化，由盖·吕萨克定律有 V 0T B ＝1.1V 0T A，解得T A ＝1.1T B ＝363K从活塞刚到达A 处到升温至399.3K 的过程中， 气体做等容变化，由查理定律有p 0T A ＝p T，解得p ＝p 0T T A ＝399.3363p 0＝1.1p 0. 由结果p >p 0可知，活塞可以移动到A 处的假设成立． (3)整个过程的p －V 图线如图所示。