电学串知清错大盘点

如图1所示，MN和PQ是两根放在竖直面内且足够长的平行光滑金属导轨，相距为2L。左侧是水平放置长为6L、间距为L的平行金属板，且连接电阻R。金属板右半部、ef右侧区域均处在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中。质量为M、电阻为R的导体棒ab与导轨接触良好。棒ab在ef左侧O处受水平向右的力作用，由静止开始向右运动，在某一时刻恰好进入ef右侧区域且以速度v0匀速运动，同时从平行金属板上板左端边缘水平向右射入电量为q带负电油滴能在金属板左半部匀速向右运动，不计其它电阻。图1(1)求通过电阻R的电流I和两端的电压U；(3)若导体棒ab在进入ef右侧区域前，所受水平向右的力与移动的距离成正比，求力与移动距离的比值k。(2)若要求油滴能从金属板间飞出，求油滴射入的速率v的范围；(1)棒产生的感应电动势E＝2BLv0①根据欧姆定律I＝ER＋R②得I＝BLv0R③又由U＝IR④得：U＝BLv0⑤[解题流程]①式考查电磁感应定律。②式考查闭合电路欧姆定律，列方程时一定要明确电路结构。④式考查部分电路欧姆定律，电阻R两端的电压应为路端电压，而不是电源电动势。[回扣知识](2)对油滴在金属板左半部匀速运动，列力平衡方程mg＝qUL⑥m＝qBv0g⑦油滴进入金属板右半部，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。qvB＝mv2r⑧r＝mvqB⑨[解题流程][回扣知识]⑥式考查平衡条件的应用及匀强电场中场强与电势差的关系，两极板间的电势差应为电阻R两端的电压。⑧式考查洛伦兹力、牛顿运动定律及匀速圆周运动知识，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力。当油滴从金属板左侧飞出，最大半径r1＝L2○10油滴从金属板左侧飞出最大速率v1＝qBr1m＝gL2v0⑪当油滴从金属板右侧飞出，最小半径r22＝(3L)2＋(r2－L)2⑫r2＝5L⑬油滴从金属板右侧飞出最小速率v2＝qBr2m＝5gLv0⑭所以，油滴射入的速率范围vgL2v0，v5gLv0[解题流程][回扣知识]○10～⑭式考查应用数学知识解决物理问题的能力。应用图像法确定出油滴做圆周运动的最大半径和最小半径，进而求出对应的最大速率和最小速率。[解题流程][回扣知识](3)由力与移动的距离成正比可知：F＝kx⑮对导体棒，由动能定理：12BI·2L·BI·2Lk＝12Mv20⑯k＝4B4L4MR2⑯式考查安培力及动能定理的应用，通过利用设问中所提供的信息确定出力F及安培力的大小，进而应用动能定理求出比值k。发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用，如图2所示是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“＋”号的一端接高电势，带“－”号的一端接低电势，某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示。30.019.012.06.84.32.30.90I(mA)2.802.402.001.601.200.800.400U(V)图2该同学做实验时，电压表选用的是________，电流表选用的是________(填选项字母)；(1)实验室提供的器材如下：A．电压表(量程0～3V，内阻约10kΩ)B．电压表(量程0～15V，内阻约25kΩ)C．电流表(量程0～50mA，内阻约50Ω)D．电流表(量程0～0.6A，内阻约1Ω)E．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω，允许最大电流3A)F．电源(电动势6V，内阻不计)G．开关，导线考查器材选取或量程的选择(2)请在图3中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整；图3考查电路设计及实物连线问题(3)在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最________端(填“左”或“右”)；考查实验操作及注意事项(4)根据表中数据，在图4所示的坐标纸中画出该发光二极管的I­U图线；图4考查描点作图、数据处理(5)由I­U图线可知：二极管的电阻值随工作电压的增大而________(填“不变”、“增大”或“减小”)；考查读图及图像分析能力(6)若此发光二极管的最佳工作电流为10mA，现将此发光二极管与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态(结果保留三位有效数字)。考查读图能力及对电路的分析计算能力[解题流程][回扣知识](1)从实验记录的数据看，发光二极管两端电压的最大值为2.80V，因此电压表选量程为3V的A即可；而流过发光二极管的电流最大值为30.0mA，故电流表选量程为50mA的C即可。选择实验器材时要多方面考虑，首先要考虑实验器材和电路的安全，不要超过仪器的量程；其次考虑仪器的调节范围是否达到题目的要求；最后还要考虑电流表、电压表指针的摆动范围是否在表盘13～23范围内。(2)发光二极管两端的电压从零开始增加，因此滑动变阻器采用分压式接法；又因发光二极管正向电阻很小，所以电流表采用外接法。实物连线如图5所示。[解题流程][回扣知识]关于滑动变阻器的两种接法的选择，主要考虑两种接法的电压调节范围，若实验要求电压从零开始调节，则必须选用分压式接法；关于电流表的内外接法，可根据“大内偏大，小外偏小”的方法选用。图5[解题流程][回扣知识](3)滑动变阻器采用分压式接法，开关闭合前滑片应置于最左端。在实验过程中，开关S闭合前，应使待测电路两端的电压最小(或为零)，因此一定要注意滑动变阻器的触头位置。(4)根据表中数据，画出的I­U图线如图6所示。物理实验的数据处理很多情况下是采用图像法，在描点后一定要用平滑的曲线连线，应让尽量多的点在线上，不在线上的点尽量分布在线的两侧，偏差较大的点直接舍去。图6[解题流程][回扣知识](5)由画出的二极管的伏安特性曲线弯曲方向可以看出，二极管的电阻值随工作电压的增大而减小；利用图像分析问题时，要注意分析图线的斜率、截距、交点等所代表的物理意义，另外还要明确图线斜率变化情况。(6)由I­U图像看出，流过发光二极管的电流为10mA时它两端的电压约为1.8V，由串联电路的特点可知加在串联电阻两端的电压UR＝3V－1.8V＝1.2V，故需串联的电阻阻值R＝URI＝1.210×10－3Ω＝120Ω。解答该问题要结合图像，根据串、并联电路的特点求解。一、不能正确理解电场线与等势面的关系导致错误[例1]如图7所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN，P点在y轴右侧，MP⊥ON，则()图7A．M点的电势与P点的电势相同B．将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D．在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动[解析]由于MP⊥ON，等势面垂直于电场线，故过M点的等势面在P点下方，M点的电势比P点的电势高，A错误；负电荷所受电场力与电场强度方向相反，与OP方向成大于90°的角，电场力做负功，B项错误；由于沿OMN方向电场强度减小，由U＝Ed利用微元法可判断UOMUMN，C项错误；在O点由静止释放一带正电的粒子，粒子所受电场力始终沿y轴正方向，因此粒子将沿y轴做直线运动，D正确。[答案]D二、不能正确理解伏安特性曲线的意义导致错误[例2]某种金属导体的U­I图像如图8所示，图像上A点和原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角。关于该导体的叙述下列说法中正确的是()图8A．在A点，导体的电阻为tanβB．在A点，导体的电阻为tanαC．通过电阻的电流与其两端的电压成正比D．导体的电功率随电压U的增大而增大[解析]由欧姆定律知，导体的电阻R＝UI，随U增大I增大得越来越慢，故导体的电阻R随U的增大而增大，通过电阻的电流与其两端的电压不再成正比，C错误。由图像知U增大，电流I也增大，则该导体的电功率也增大，D正确。在物理图像上，图线的倾角决定于标度的选取，不能用倾角的正切求斜率，所以A、B选项都不正确。[答案]D三、不会分析带电粒子在磁场中多解问题导致错误[例3]如图9所示，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于xOy平面向外。P是y轴上距原点为h的一点，N0为x轴上距原点为a的一点。A是一块平行于x轴的挡板，与x轴的距离为h2，A的中点在y轴上，长度略小于a2。带电粒子与挡板碰撞前后，x方向的分速度不变，y方向的分速度反向、大小不变。质量为m，电荷量为q(q0)的粒子从P点瞄准N0点入射，最后又通过P点。不计重力。求粒子入射速度的所有可能值。图9[解析]设粒子的入射速度为v，第一次射出磁场的点为N0′，与板碰撞后再次进入磁场的位置为N1。粒子在磁场中运动的轨道半径为R，有R＝mvqB①图10粒子速率不变，每次进入磁场与射出磁场位置间距离x1保持不变有x1＝N0′N0＝2Rsinθ②粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变，与N0′N1相等。由图可以看出x2＝a③设粒子最终离开磁场时，与挡板相碰n次(n＝0、1、2、3…)。若粒子能回到P点，由对称性，出射点的x坐标应为－a，即(n＋1)x1－nx2＝2a④由③④两式得x1＝n＋2n＋1a⑤若粒子与挡板发生碰撞，有x1－x2a4⑥联立③④⑥得n3⑦联立①②⑤得v＝qB2msinθ·n＋2n＋1a⑧把sinθ＝ha2＋h2代入⑧中得v0＝qBaa2＋h2mh，n＝0⑨v1＝3qBaa2＋h24mh，n＝1⑪v2＝2qBaa2＋h23mh，n＝2。⑫[答案]见解析四、不能正确解答电磁感应中的图像问题导致错误[例4]如图11所示，由粗细均匀的电阻丝制成边长为l的正方形线框，其电阻为R，现使线框以水平向右的速度v匀速穿过一宽度为2l、磁感应强度为B的匀强磁场区域，整个过程中ab、cd两边始终保持与磁场边界平行。令线框的cd边刚好与磁场左边界重合时，t＝0，Uab0为正，U0＝Blv。在下图中，关于线框中a、b两点间的电势差Uab随线框cd边的位移x变化的图像中正确的是()图11图12[解析]当线框刚进入磁场时，0≤x≤l，只有cd边切割磁感线，cd边相当于一个电源，由右手定则可判断感应电流沿abcda的方向流动，所以Uab0，而每一边又可以看作一个电阻，则Uab＝BlvR×R4＝Blv4＝U04。当线框全部进入磁场时，l≤x≤2l，ab、cd两边都切割磁感线，产生的感应电动势相当两个电源并联，所以Uab＝Blv＝U0，且ab两点间的电势差Uab0；但回路中无感应电流。当线框cd刚出磁场时，2l≤x≤3l，只有ab边切割磁感线，ab边相当于一个电源，由右手定则可判断感应电流沿adcba的方向流动，所以Uab0，Uab可以看做路端电压，同理每一边又可以看做一个电阻，则Uab＝－BlvR×3R4＝－3Blv4＝－3U04。综上所述，选项B正确。[答案]B五、不会正确处理交变电流的动态变化导致错误[例5]如图13所示是变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压恒定不变，输出电压通过输电线输送给用户。输电线的电阻用R0表示，R表示滑动变阻器总电阻，当滑动变阻器滑片P向下移动时，下列说法正确的是()图13A．相当于在减少用电器的数目B．A1表的示数随表的示数的增大而增大C．V1表的示数随V2表的示数的减小而减小D．变压器的输入功率减小[解析]当滑动变阻器滑片P向下移动时，用电器的总电阻R减小，相当于并联的用电器数目增加，同时变压器的输入功率增大，A、D错；电网供电是“用多少供多少”，输出电流增大则输入电流增大，B正确；但变压器的输出电压则由输入电压决定，当输入电压和变压器的匝数比一定时，输出电压一定，C错。[答案]B六、在实物连接中不能正确理解电路结构导致错误[例6]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6V,1.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源6V(内阻不计)B．直流电流表0～3A(内阻0.1Ω以下)C．直流电流表0～300mA(内阻约为5Ω)D．直流电压表0～10V(内阻约为15kΩ)E．滑动变阻器10Ω，2AF．滑动变阻器1kΩ，0.5A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(2)在方框内画