《光、電、磁、材料及能源》例題選析及對(duì)應(yīng)訓(xùn)練

一、例題選析

例1 小明想在家里懸掛一面大鏡子，便于家里三人梳妝、換衣時(shí)都能站著看清自己的全身，他的媽媽身高160cm，他的爸爸身高176cm，他自己身高168cm。且人眼到頭頂?shù)呢Q直距離為身高的1/10。請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)一個(gè)最節(jié)省的方案。

解析 要滿足全家人的需求，就必須以身高最高的人進(jìn)行設(shè)計(jì)，即小明的爸爸身高176cm，根據(jù)人眼到頭頂?shù)呢Q直距離為身高的1/10，則她的眼睛到頭頂?shù)木嚯x為17.6cm。同時(shí)，要看到自己的全身像必須使得頭頂與腳尖發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)平面鏡反射后都能到達(dá)眼睛。利用平面鏡成像的對(duì)稱性和反射定律，可作出圖1所示光路圖。人身高的標(biāo)點(diǎn)A、B和人眼O點(diǎn)組成一個(gè)三角形，由對(duì)稱性可知平面鏡CD是△ABO的中位線，所以平面鏡CD的長(zhǎng)度只需要人身高的一半，即88cm。同理可得C點(diǎn)距頭頂?shù)呢Q直距離為8.8cm。



例2 在圖2所示中，S是發(fā)光點(diǎn)，S′是發(fā)光點(diǎn)經(jīng)凸透鏡所成的像，虛線為主光軸，是作圖確定凸透鏡的位置及其焦點(diǎn)位置。



解析 根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，過(guò)光心的光線不改變方向，平行于主光軸的光線過(guò)透鏡后過(guò)焦點(diǎn)，過(guò)焦點(diǎn)的光線經(jīng)透鏡后平行于主光軸；經(jīng)過(guò)透鏡后的光線的交點(diǎn)就是實(shí)像，經(jīng)過(guò)透鏡后的光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)就是虛像。因此，如圖3所示，首先連接S和S′，延長(zhǎng)線與主光軸的交點(diǎn)O就是凸透鏡的位置，過(guò)O點(diǎn)作出凸透鏡，然后作S發(fā)出的平行與主光軸的光線，此光線與凸透鏡與S′連接起來(lái)，其延長(zhǎng)線就是平行光線過(guò)透鏡后的光線，則與主光軸的交點(diǎn)就是凸透鏡的焦點(diǎn)F，利用焦點(diǎn)的對(duì)稱性可作出凸透鏡左側(cè)的焦點(diǎn)F。

例3 兩條通電直導(dǎo)線AB、CD互相平行，又互相靠近，通入相同方向的電流時(shí)，彼此之間的相互作用力是怎樣的？如果通過(guò)的是相反的電流時(shí)，相互作用力又是怎樣的？

解析 方法一：通電導(dǎo)線之間的相互作用力，實(shí)質(zhì)上是兩根直導(dǎo)線各自形成的磁場(chǎng)之間的作用。根據(jù)安培定則判斷AB和CD通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向如圖4甲所示，在相互靠近的區(qū)域，兩直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，所以兩直導(dǎo)線是相互吸引。如果兩直導(dǎo)線通過(guò)相反的電流時(shí)，AB、CD通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖4乙所示，在相互靠近區(qū)域兩磁場(chǎng)的方向相同，所以兩直導(dǎo)線是相互排斥。



方法二：把兩直導(dǎo)線的相互作用看作是磁場(chǎng)對(duì)電流作用的問(wèn)題。把CD直導(dǎo)線看作是放置于AB直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受力的問(wèn)題，根據(jù)安培定則判斷AB通電直導(dǎo)線在左右兩邊區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向如圖所示，CD直導(dǎo)線放置在AB直導(dǎo)線的右邊區(qū)域，根據(jù)左手定則可以判斷CD直導(dǎo)線受磁場(chǎng)力的方向，如圖5甲所示。同樣道理也可以判斷AB直到線在CD直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力的方向，如圖5乙所示。所以通入同方向電流時(shí)，兩直導(dǎo)線是相互吸引的。通過(guò)相反方向的電流時(shí)，如圖5丙所示，相互作用是相互排斥的。



例4 如圖6所示，彈簧秤下吊一條形磁鐵，磁鐵N極在上端，S極在下端。閉合開(kāi)關(guān)S彈簧秤示數(shù)減小，當(dāng)向右滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，彈簧秤的示數(shù)進(jìn)一步減小，則電源的極性和變阻器應(yīng)接入的接線柱是：（ ）

A．電源左端為正極，接線柱應(yīng)接B、C。

B．電源左端為正極，接線柱應(yīng)接A、C。

C．電源左端為負(fù)極，接線柱應(yīng)接B、D。

D．電源左端為負(fù)極，接線柱應(yīng)接A、B。

解析 閉合開(kāi)關(guān)S使電路接通，電磁鐵具有磁性，對(duì)上方的條形磁鐵有磁力的作用。條形磁鐵在豎直方向上受到三個(gè)力的作用：重力、磁力和彈簧秤的拉力。

由于閉合開(kāi)關(guān)S后，彈簧秤的示數(shù)減小，表明條形磁鐵受到的磁力是斥力的作用，電磁鐵的上端一定與條形磁鐵下端極性相同都為S極。利用右手螺旋定則可以判定螺線管中電流方向如圖7所示。由于電流總是從電源正極流出，然后回到負(fù)極。所以可以判斷電源的右端為正極，左端為負(fù)極。

當(dāng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)又減小，表明條形磁鐵受到螺線管上端S極的斥力增大，螺線管磁性增強(qiáng)。在線圈匝數(shù)沒(méi)有改變的情況下，一定是通過(guò)螺線管的電流增大，其原因是電路中電阻變小，即變阻器連入電路中的電阻變小，連入電路部分的長(zhǎng)度變短。根據(jù)變阻器的示意圖，在滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，連入電路部分的長(zhǎng)度變短，應(yīng)接入的接線柱只能是B、C或是B、D。

所以本題的答案應(yīng)選C。

例5 如圖8所示，EF、GH是兩根水平放置的光滑金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌放置的區(qū)域內(nèi)有磁場(chǎng)存在，磁感線方向垂直于紙面向內(nèi)。AB、CD為導(dǎo)軌上滑動(dòng)的金屬棒。當(dāng)AB在外力作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，CD將怎樣運(yùn)動(dòng)？為什么？

解析 當(dāng)金屬棒AB在外力作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于切割磁感線，AB中將有感應(yīng)電流產(chǎn)生。根據(jù)右手定則判斷，感應(yīng)電流的方向由B向A。感應(yīng)電流經(jīng)導(dǎo)軌流入金屬棒CD，CD為通電導(dǎo)線，它在磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力的作用，磁場(chǎng)力作用的方向用左手定則判斷可知指向右方。CD在這個(gè)磁場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)。



例6 在圖9所示的電路中，電源兩端電壓保持不變，R0為半導(dǎo)體熱敏電阻，R1、R2和R3為普通電阻，除了熱敏電阻以外，其他電阻均不受溫度的影響，那么當(dāng)環(huán)境溫度升高后，有關(guān)電表的示數(shù)，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.○A增大，○V1增大，○V2增大。

B.○A增大，○V1減小，○V2增大。

C.○A減小，○V1增大，○V2增大。

D.○A減小，○V1減小，○V2增大。

解析 因?yàn)榘雽?dǎo)體具有熱敏特性、光敏特性和摻雜特性。熱敏性是半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而顯著提高，即溫度越高電阻率越小；光敏特性是有些半導(dǎo)體受到光照時(shí)電阻大大減?。粨诫s特性是在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)可使半導(dǎo)體導(dǎo)電性能提高許多。所以四個(gè)電阻串聯(lián)后接在電源兩端，當(dāng)環(huán)境溫度升高，半導(dǎo)體熱敏電阻R。的阻值減小，電路中總電阻減小，電流增大，所以電流表○A的示數(shù)增大；通過(guò)R1的電流增大，R1兩端的電壓增大，電壓表○V2的示數(shù)增大；電路電流增大，R3兩端的電壓增大，所以電壓表○V1的示數(shù)減小。

例7 超導(dǎo)材料電阻降為零的溫度稱為臨界溫度，1987年我國(guó)科學(xué)家制成了臨界溫度為90K的高溫超導(dǎo)材料。若利用超導(dǎo)材料具有零電阻的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電?，F(xiàn)有一直流電路，輸電線總電阻為4Ω，輸入電壓為220V，用戶用電器電阻為16Ω。如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)體代替原來(lái)的輸電線，用戶得到的電壓升高多少？

解析 用輸電線供電，電流

I1=UR1+R2=2204+16A=11A。

用戶用電器電壓為

U1= I1R2=11A×16Ω=176V。

用超導(dǎo)材料輸電，線路上無(wú)電壓損耗，

U2=220V。

所以用戶用電電壓可升高

ΔU=U2－U1=(220－176)V=44V。

例8 目前已建成的核電站都是利用（ ）

A．物質(zhì)的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。

B．物質(zhì)的還原反應(yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。

C．核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。

D．核聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。

解析 本題主要考查學(xué)生對(duì)新型能源的了解，譬如：太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、潮汐能和風(fēng)能，這些能源如何才能被人類利用的簡(jiǎn)單原理。所以根據(jù)目前人類利用核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電，則選擇C。

例9 如圖10所示，直流電機(jī)提升重物，重物的質(zhì)量m=50kg，電源供電電壓為110V，不計(jì)各處摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路電流為5A，則電動(dòng)機(jī)線圈的電阻多大？（g取10N/kg）

解析 由題意得愉入電動(dòng)機(jī)的功率

P=UI=110V×5A=550W。

電動(dòng)機(jī)提升重物，克服重力做功的功率

P1=mgv=50×10×0.90W=450W。

所以電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的熱功率

P2=P－P1=(550-450)W=100W，

而P2＝I2R，

所以R=P2/I2=100/52=4Ω。

二、對(duì)應(yīng)訓(xùn)練

1.下列射線中，呈中性的是( )

A．α射線。B．β射線。

C．γ射線。D．陰極射線。

2．下列幾種發(fā)電所用能源不是來(lái)自地球以外的是（ ）

A．火力發(fā)電。 B．風(fēng)力發(fā)電。

C.原子能發(fā)電。 D.水力發(fā)電。

3、常溫下的超導(dǎo)體能研制成功，它適于做以下哪些元件（ ）

A.保險(xiǎn)絲。B.輸電線。

C.電爐絲。D.電磁鐵。

4．關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，正確的說(shuō)法是（ ）

A．一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運(yùn)動(dòng)電荷，一切磁作用都是電流或運(yùn)動(dòng)電荷之間通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生的相互作用。

B．除永久磁鐵外，一切磁場(chǎng)都是由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生的。

C．根據(jù)安培的分子環(huán)電流假說(shuō)，在外界磁場(chǎng)作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時(shí)，物體就被磁化，兩端形成磁極。

D．磁就是電，電就是磁，有磁必有電，有電必有磁。

5、關(guān)于鏡面反射和漫反射，下面說(shuō)法中不正確的是（ ）

A.無(wú)論鏡面反射還是漫反射，對(duì)應(yīng)一條入射光線，只有一條反射光線。

B.鏡面反射的每一條光線都遵循光的反射規(guī)律。

C.漫反射中有些光線不遵循光的反射規(guī)律。

D.入射光線彼此平行時(shí)，漫反射后的反射光線彼此不平行。

6、超導(dǎo)研究是當(dāng)今高科技的熱點(diǎn)之一，對(duì)超導(dǎo)材料的研制與開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)重大的科研課題。當(dāng)一塊磁體靠近超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體中將產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，其主要原因是（ ）

A.超導(dǎo)體的電阻為零。

B.超導(dǎo)體的電阻很大。

C.穿過(guò)超導(dǎo)體的磁通量很大。

D.穿過(guò)超導(dǎo)體的磁通量很小。

7．一個(gè)可自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)圓線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通過(guò)如圖11所示方向的電流時(shí)，則從左向右看，線圈L1將：（ ）

A．不動(dòng)。

B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

D．向紙外平動(dòng)。

8．下列四過(guò)程中，能夠正確接收電磁波的過(guò)程是( )

A．接收天線、調(diào)諧器、檢波器、耳機(jī)。

B．接收天線、檢波器、調(diào)諧器、耳機(jī)。

C．調(diào)諧器、接收天線、檢波器、耳機(jī)。

D．耳機(jī)、調(diào)諧器、檢波器、接收天線。

9、一束光線與平面鏡成30°角入射到平面鏡上，當(dāng)平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)20°時(shí)，反射光線與入射光線的角為（ ）

A.80°。 B.160°。 C.140°。 D.80°或160°。

10、關(guān)于地球同步衛(wèi)星的下列說(shuō)法中，正確的是( )

A．同步衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期和地球自轉(zhuǎn)的周期一樣。

B.同步衛(wèi)星可作為轉(zhuǎn)播微波的中轉(zhuǎn)站。

C.同步衛(wèi)星的速度與電磁波的傳播速度相同。

D．要使世界上任何一個(gè)地方的電視節(jié)目都可以傳送到全世界，至少要有三顆同步衛(wèi)星。

11、關(guān)于能源和能源的利用，下列說(shuō)法不正確的是（ ）

A.由于我國(guó)煤和石油儲(chǔ)量豐富，所以太陽(yáng)能和核能的開(kāi)發(fā)在我國(guó)并不十分重要。

B.能源的利用過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程。

C.現(xiàn)在人類社會(huì)使用的能源主要是煤、石油和天然氣。

D.煤、石油和天然氣的化學(xué)能歸根到底是來(lái)自太陽(yáng)能。

12、下列關(guān)于超導(dǎo)體的說(shuō)法中，正確的是（ ）

A.溫度降到4.2℃，導(dǎo)體就能轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。

B.超導(dǎo)體的電阻很小。

C.導(dǎo)體的溫度很高，就能變?yōu)槌瑢?dǎo)體，叫高溫超導(dǎo)。

D.電流在超導(dǎo)體中傳輸時(shí)不發(fā)熱。

13、物體從距凸透鏡12cm處移動(dòng)到距凸透鏡20cm處，調(diào)整光屏的位置，總能在光屏上得到倒立放大的像，由此可知次凸透鏡的焦距可能是（ ）

A.9cm。B.11cm。

C.13cm。D.15cm。

14．如圖12所示，當(dāng)導(dǎo)線MN在外力的作用下沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)時(shí)流過(guò)R的電流方向是：（ ）

A．由B流向A。

B．由A流向B。

C．無(wú)感應(yīng)電流。

D．無(wú)法確定。

15．如圖13所示，a是螺線管，b、c、d是三個(gè)小磁針，開(kāi)關(guān)S閉合后，下面說(shuō)法中錯(cuò)誤的是：（ ）

A．a的左端為S極。 B．c的左端為S極。

C．b的右端為N極。 D．d的右端為N極。



16．如圖14所示，小圓圈代表閉合電路的一部分導(dǎo)體的橫截面，導(dǎo)體中的感應(yīng)電流方向垂直于紙面向外，那么導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向是（ ）

A．向左。 B．向右。

C．向上。 D．向下。

17．在下列的家用電器中，應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)工作的是（ ）

A．電燙斗。B．電冰箱。

C．電吹風(fēng)。D．電動(dòng)剃須刀。

18．質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒用絕緣細(xì)線懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖15所示，欲使懸線對(duì)導(dǎo)體棒的拉力為零，則導(dǎo)體棒中應(yīng)通過(guò)電流的方向?yàn)開(kāi)____，導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力大小為_(kāi)_____。 

19．如圖16所示，當(dāng)給圓環(huán)通電時(shí)，與其共面且在正下方的小磁針S極轉(zhuǎn)向讀者，則圓環(huán)中的電流方向是________（填順時(shí)針或逆時(shí)針），圓環(huán)中小磁針的______極轉(zhuǎn)向讀者。



20．用細(xì)導(dǎo)線懸掛起來(lái)的輕質(zhì)導(dǎo)電圓環(huán)和條形磁鐵共面，當(dāng)導(dǎo)電圓環(huán)通以如圖17所示的電流時(shí)，導(dǎo)線環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？

21．小華利用自己繞制的電磁鐵設(shè)計(jì)了一個(gè)能使甲、乙兩燈交替發(fā)光的電路，電磁鐵及電路圖如圖18甲所示。你認(rèn)為在開(kāi)關(guān)閉合后實(shí)際會(huì)看到什么現(xiàn)象？請(qǐng)把改正后的電磁鐵及電路畫(huà)在圖18乙的空白處。（Ａ、Ｂ為帶活動(dòng)觸點(diǎn)的接線柱，ＢＣ間為鐵片）

22．A、B兩電阻的U-I關(guān)系圖像如圖19所示。從圖中，求出A、B導(dǎo)體的電阻分別是多大？若兩個(gè)電阻串聯(lián)。求它們消耗的電功率之比。若兩電阻并聯(lián)，求通過(guò)兩電阻的電流之比。

23．某家庭電度表盤上標(biāo)有“220V、10A”，他家想裝一個(gè)無(wú)水箱式電熱淋浴器。從噴頭里流出熱水供淋浴。已知冷水溫度為16℃，淋浴所需的熱水溫度為41℃，每分鐘要供水4L。請(qǐng)你用幾種方法來(lái)分析能不能安裝這個(gè)無(wú)水箱式電熱淋浴器。

24．一臺(tái)舊電視機(jī)，說(shuō)明書(shū)已丟失，你能用電能表、秒表和其他器材測(cè)出它的電功率嗎？有哪幾種方法？