高中物理人教版1第一章電場電流單元測試 教師用書2023版第1章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]①大?、谛螤睥邸?0－19④eq\f(kQ1Q2,r2)⑤eq\f(F,q)⑥相同⑦eq\f(kQ,r2)⑧強(qiáng)弱⑨eq\f(q,t)⑩UIt?I2Rt?I2R庫侖定律與電荷守恒定律的理解與應(yīng)用在很多涉及庫侖定律的題目中往往同時(shí)考查電荷守恒定律的應(yīng)用，包括電荷的轉(zhuǎn)移與分配問題、電荷重新分配前后的庫侖力的比較問題等．1．庫侖力也叫靜電力，它是電荷間的一種相互作用，遵循牛頓第三定律．2．庫侖力是一種“性質(zhì)力”，它與重力、彈力、摩擦力一樣具有自己的特性，可以使物體產(chǎn)生加速度或?qū)ξ矬w做功，從而改變物體的運(yùn)動狀態(tài)．3．當(dāng)多個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在時(shí)，任意兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用仍遵守庫侖定律，任一點(diǎn)電荷所受的庫侖力可利用矢量合成的平行四邊形定則求出．4．電荷守恒定律的另外一個(gè)表述是一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)電荷的代數(shù)和總是保持不變的．兩個(gè)完全相同的帶電球接觸后再分開，帶電荷量一定相等，接觸前若帶同種電荷，總電荷量平分；接觸前若帶異種電荷，先中和再平分．有三個(gè)完全一樣的金屬小球A、B、C，A的帶電荷量為7Q，B的帶電荷量為－Q，C球不帶電．現(xiàn)將A、B固定起來，然后讓C反復(fù)與A、B球接觸，最后移去C球，求A、B的相互作用力變?yōu)樵瓉淼亩嗌?？【解析】C球原來不帶電，讓其分別與A、B接觸，電荷量會重新分配，且分配過程中符合電荷守恒定律，C反復(fù)與A、B接觸，則最后三球帶電荷量相等，即qA′＝qB′＝qC′＝eq\f(7Q＋－Q,3)＝2Q，由庫侖定律可知，此時(shí)A、B球間的作用力F′＝k·eq\f(2Q·2Q,r2)＝eq\f(4kQ2,r2)，而原來A、B球間的作用力F＝k·eq\f(7Q·Q,r2)＝eq\f(7kQ2,r2)，所以eq\f(F′,F)＝eq\f(4,7)，即F′＝eq\f(4,7)F.【答案】eq\f(4,7)電場強(qiáng)度、電場線的理解1．在電場中某點(diǎn)，比值eq\f(F,q)是與試探電荷q的電荷量、電荷種類以及電場力F的大小、方向都無關(guān)的恒量，電場中各點(diǎn)都有一個(gè)唯一確定的場強(qiáng)E.因?yàn)閳鰪?qiáng)E完全是由電場自身的條件(產(chǎn)生電場的場源電荷和電場中的位置)決定的，所以它反映電場本身力的性質(zhì)．2．電場最基本的特性是對放入其中的電荷有力的作用，F(xiàn)＝qE表明只要存在E，放入q就會受到大小為qE的力的作用，決不是因?yàn)橛须妶隽才有電場強(qiáng)度E，而是因?yàn)橛须妶鰪?qiáng)度E，電荷才會受到電場力F作用．3．電場線是為了形象地描述電場而假想的線．它能形象地表示出電場強(qiáng)度的大小和方向，并能清楚地描述不同種類的電場，如勻強(qiáng)電場、點(diǎn)電荷的電場、以及等量同種電荷、等量異種電荷的電場等．4．電場線的特點(diǎn)：(1)電場線上某點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)場強(qiáng)方向，也即正電荷在該點(diǎn)的受力方向．(2)從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止，或從正電荷出發(fā)到無窮遠(yuǎn)終止，或起始于無窮遠(yuǎn)到負(fù)電荷終止．(3)不相交也不閉合．(4)電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱，電場中沒畫出電場線的地方不一定沒有電場．電場中某區(qū)域的電場線分布如圖1-1所示，已知A點(diǎn)的電場強(qiáng)度E＝×104N/C.將電荷量q＝＋×10－8C的點(diǎn)電荷放在電場中的A點(diǎn)．圖1-1(1)求該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受電場力的大小F；(2)在圖中畫出該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受電場力的方向．【解析】(1)根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式E＝eq\f(F,q)可得該點(diǎn)電荷在電場中A點(diǎn)所受電場力F＝qE＝×10－8××104N＝×10－4N.(2)因?yàn)樵擖c(diǎn)電荷帶正電，所以它在A點(diǎn)所受電場力與電場強(qiáng)度方向相同，因此受力如圖所示．【答案】(1)×10－4N(2)見解析圖如圖1-2所示為某電場中的一條電場線，在這條直線上有a、b兩點(diǎn)，且Ea、Eb表示a、b兩處的場強(qiáng)大小，則()圖1-2A．因?yàn)殡妶鼍€從a指向b，所以Ea>EbB．因?yàn)殡妶鼍€從a指向b，所以Ea＜EbC．因?yàn)殡妶鼍€是直線，所以Ea＝EbD．在a點(diǎn)靜止釋放一正的點(diǎn)電荷，電荷將做加速直線運(yùn)動【解析】只有一條電場線，不知電場線的分布情況無法判斷a、b的電場強(qiáng)弱，A、B、C錯(cuò)誤；電荷由靜止釋放后做加速直線運(yùn)動，D正確．【答案】D焦耳定律和熱功率、電功和電功率1．焦耳定律公式的理解：在電流和電阻相同時(shí)，熱量與時(shí)間成正比；在電阻和時(shí)間相同時(shí)，熱量與電流的平方成正比；在電流和時(shí)間相同時(shí)，熱量與電阻成正比．如串聯(lián)的兩個(gè)用電器由于電流是相等的，在時(shí)間相等的情況下，誰的電阻大誰發(fā)熱多，不是電阻大的阻礙作用大而發(fā)熱少．不論什么電路其熱量都可以用Q＝I2Rt來計(jì)算，只有在純電阻電路中才能使用Q＝IUt和Q＝eq\f(U2t,R).2．如果一段電路中只含有電阻元件，稱之為純電阻電路，其基本特點(diǎn)：電流通過純電阻電路時(shí)，電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱，且電功率和熱功率相等．即W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t，P＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).3．如果電路中除了含有電阻外，還包括電動機(jī)、電解槽等能夠把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器，這種電路稱為非純電阻電路，其特點(diǎn)是：電流通過電路時(shí)，電流做的功除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能，如機(jī)械能、化學(xué)能等．在非純電阻電路中，電功和電熱是整體和部分的關(guān)系，即W＝Q＋E其他，故W>Q，即UIt>I2Rt，電功率大于熱功率，即UI>I2R.在計(jì)算電功和電熱時(shí)要用各自的定義式：W＝UIt，P＝UI，Q＝I2Rt，P熱＝I2R.一臺電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V電壓后，消耗功率66W．求：(1)電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過電動機(jī)的電流是多少？(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動機(jī)的效率是多少？(3)如果接上電源后，電風(fēng)扇的風(fēng)葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時(shí)通過電動機(jī)的電流，以及電動機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？【解析】(1)因?yàn)镻入＝IU，所以I＝eq\f(P,U)＝eq\f(66,220)A＝0.3A(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率P內(nèi)＝I2R＝×20W＝W電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)＝P入－P內(nèi)＝66W－W＝W電風(fēng)扇正常工作時(shí)的效率η＝eq\f,66)×100%≈%(3)電風(fēng)扇風(fēng)葉被卡住后通過電風(fēng)扇的電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,20)A＝11A電動機(jī)消耗的電功率P＝IU＝11×220W＝2420W電動機(jī)發(fā)熱功率P內(nèi)＝I2R＝112×20W＝2420W【答案】(1)0.3A(2)WW%(3)11A2420W2420W1．電動機(jī)正常工作時(shí)，是非純電阻電路有W＝Q＋E其他2．電動機(jī)被卡住不轉(zhuǎn)時(shí)為純電阻電路有：W＝Q.1.如圖1-3所示，電荷量為q1和q2的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于P點(diǎn)和Q點(diǎn)．已知在P、Q連線上某點(diǎn)R處的電場強(qiáng)度為零，且PR＝2RQ，則()【導(dǎo)學(xué)號：46852023】圖1-3A．q1＝2q2 B．q1＝4q2C．q1＝－2q2 D．q1＝－4q2【解析】設(shè)PR＝2RQ＝2r，因?yàn)镽處的電場強(qiáng)度為零，兩點(diǎn)電荷在R處的場強(qiáng)等大反向，由keq\f(q1,2r2)＝keq\f(q2,r2)，解得q1＝4q2，選項(xiàng)B正確．【答案】B2．已知電容的定義式為C＝eq\f(Q,U)，其中Q為電容器所帶電荷量，U為兩極板之間的電壓，若使它帶2Q的電荷量，則()【導(dǎo)學(xué)號：46852023】A．電容增大2倍，電壓不變B．電容減為一半，電壓不變C．電容不變，電壓加倍D．電容不變，電壓不變【解析】該電容器的電容總是不變的，與電量和板間電壓無關(guān)．當(dāng)電量變?yōu)?Q時(shí)，由Q＝CU知，電壓加倍，故C正確．【答案】C3．電子繞核運(yùn)動可以看做一環(huán)形電流．設(shè)氫原子中的電子以速度v在半徑為r的軌道上運(yùn)動，用e表示電子的電荷量，則其等效電流的大小等于________．【導(dǎo)學(xué)號：46852023】【解析】電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動，可視為一環(huán)形電流．電子繞核運(yùn)動周期T＝eq\f(2πr,v)，在軌道上取一橫截面，根據(jù)電流定義I＝eq\f(e,T)＝e×eq\f(v,2πr)＝eq\f(ve,2πr).【答案】eq\f(ve,2πr)4．空間存在電場，在電場中的A點(diǎn)放入電荷量為2×10－9C的正電荷，電荷受到方向向右、大小為4×10－4N的電場力，A點(diǎn)的場強(qiáng)大小為______N/C，方向________；若在該點(diǎn)改放電荷量為4×10－9C的負(fù)電荷，電荷受到的電場力大小為__________N，方向________；此時(shí)____________________________________________________________________.如果不在A點(diǎn)放電荷，該點(diǎn)的場強(qiáng)大小為________N/C，方向________．【解析】根據(jù)E＝eq\f(F,q)，代入數(shù)據(jù)可求A點(diǎn)的場強(qiáng)大小為2×105N/C，方向?yàn)檎姾墒芰Ψ较?，向右．A點(diǎn)的場強(qiáng)與試探電荷無關(guān)，改變試探電荷的電荷量或不放試探電荷，該點(diǎn)的場強(qiáng)都是2×105N/C，方向向右．在A點(diǎn)改放電荷量為4×10－9C的負(fù)電荷，根據(jù)F＝Eq，代入數(shù)據(jù)可求得電場力大小為8×10－4N，方向與電場強(qiáng)度的方向相反，向左．【答案】2×105向右8×10－4向左2×105向右2×105向右5．一只規(guī)格“220V1000W”的電爐，則：(1)它在正常工作時(shí)的電阻為多少？(2)如果電網(wǎng)電壓為200V，電爐工作時(shí)的實(shí)際功率是多大(假設(shè)電爐電阻保持不變)?(3)在220V電壓下，電爐每天使用2h產(chǎn)生多少焦耳的熱量？一個(gè)月(30天)要消耗多少度電？【導(dǎo)學(xué)號：46852023】【解析】(1)電爐電阻為R，根據(jù)P＝eq\f(U2,R)得R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(2202,1000)Ω＝Ω.(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓U′＝200V時(shí)，電爐工作時(shí)的實(shí)際功率P′＝eq\f(U′2,R)＝eq\f(2023,W＝W.(3)一天產(chǎn)生的熱量Q＝Pt＝1000×2××103J＝×106J.在220V的電壓下，一個(gè)月消耗的