高中物理人教版选修3-1课后习题参考答案

高中物理人教版选修3-1课后习题参考答案第一章第一节1.答:在天气干躁的季节,脱掉外衣时,由于摩擦,外衣和身体各自带了等量、异号的电荷。

接着用手去摸金属门把手时,身体放电,于是产生电击的感觉。

2.答:由于A、B都是金属导体,可移动的电荷是自由电子,所以,A带上的是负电荷,这是电子由B移动到A的结果。

其中,A得到的电子数为,与B失去的电子数相等。

3.答:图1-4是此问题的示意图。

导体B中的一部分自由受A的正电荷吸引积聚在B的左端,右端会因失去电子而带正电。

A对B左端的吸引力大于对右端的排斥力,A、B之间产生吸引力。

4.答:此现象并不是说明制造出了永动机,也没有违背能量守恒定律。

因为,在把A、B分开的过程中要克服A、B之间的静电力做功。

这是把机械转化为电能的过程。

第二节1.答:根据库仑的发现,两个相同的带电金属球接触后所带的电荷量相等。

所以,先把A球与B球接触,此时,B球带电;再把B球与C球接触,则B、C球分别带电;最后,B球再次与A球接触, B球带电。

2.答:(注意,原子核中的质子间的静电力可以使质子产生的加速度!3.答:设A、B两球的电荷量分别为、,距离为,则。

当用C接触A时,A的电荷量变为,C的电荷量也是;C再与接触后,B的电荷量变为;此时,A、B间的静电力变为:。

在此情况下,若再使A、B间距增大为原来的2倍,则它们之间的静电力变为。

4.答:第四个点电荷受到其余三个点电荷的排斥力如图1-6所示。

共受三个力的作用,,由于,相互间距离分别为、、,所以,。

根据平行四边形定则,合力沿对角线的连线向外,且大小是。

由于对称性,每个电荷受到其他三个电荷的静电力的合力的大小都相等,且都沿对角线的连线向外。

5.答:带电小球受重力、静电斥力和线的拉力作用而平衡,它的受力示意图见图1-7。

静电斥力,又,,所以,第三节1.答:A、B两处电场强度之比为。

A、C两处电场强度之比为。

2.答:电子所在处的电场强度为,方向沿着半径指向外。

电子受到的电场力为,方向沿着半径指向质子。

3.答:重力场的场强强度等于重力与质量的比值,即,单位是牛顿每千克,方向竖直向下。

4.答:这种说法是错误的。

例如,如图1-9所示,有一带电粒子以平行于金属板的初速度射入电场,它沿电场线的方向做匀加速运动,而沿初速度方向做匀速运动,它的运动轨迹是曲线。

也就是说,它的运动轨迹与电场线不重合。

5.(1因为电场线的疏密程度反映电场强度的强弱,所以,B点的电场最强,C点的电场最弱。

(2A、B、C三点的电场强度的方向如图1-10所示。

(3负电荷在A、B、C三点时的受力方向如图1-10所示。

6.答:小球受到重力、电场力F,轻绳拉力的作用而处于平衡状态,它的受力情况如图1-11所示。

由图可知,,。

7.答:因为,所以,在左侧的轴上,产生的电场的电场强度总是大于产生的电场的电场强度,且方向总是指向轴负半轴,在和之间,电场强度总是指向轴的正方向。

所以,只有在右侧的轴上,才有可能出现电场强度为0的点。

(1设该点距离原点的距离为,则,即,解得(不合题意,舍去和。

所以,在处电场强度等于0。

(2在坐标轴上和的地方,电场强度的方向总是沿轴的正方向的。

第四节1.答:;。

2.答:(1,。

因为。

所以,可见A点电势比B点高。

(2,。

因为。

所以,可见D点电势比C点高。

(3,,可见,故F点的电势比E点高。

小结:(1在电场中,同一正试探电荷的电势能越大的点,电势越高;同一正试探电荷在电势越高的点,电势能越大。

(2在电场中,同一负试探电荷的电势能越大的点,电势越低;同一负试探电荷在电势越高的点,电势能越小。

(3正的试探电荷电势能为负值的点的电势小于负的试探电荷电势能为负值的点的电势。

3.答:(1沿着电场线的方向,电势是逐渐降低的,所以M点的电势比N点高。

(2先假设正试探电荷从M点沿着与电场线始终垂直的路径移动到与P在同一条电场线上的,这一过程静电力不做功。

再把这一电荷从移动到P点,全过程静电力做正功。

所以,从M移动到P静电力做正功,电势能减少,,M点电势比P点电势高。

4.答:因,故,可见重力势为。

5.答:场源电荷P点电势的正负在P点的电势能的正负在P点的电势能的正负当P点移至离场源电荷较近时怎样变化怎样变化怎样变化正正负升高变大变小负负正降低变小变大6.答:假设两个电势不同的等势面相交。

因为空间任一点的电势只能有一个惟一的值,所以相交徙的电势就一定相等,这两个等势面的值就不能不同,这与题设条件矛盾。

所以,电场中两个电势不同的等势面不能相交。

7.答:根据电场线与等势面一定垂直的结论,画出的电场线的大致分布如图1-15所示。

因为,,取,可得静电力所做的功为可见,静电力所做的功第五节1.。

静电力做负功,电势能增加2.答:一个电子电荷量,电子增加的动能等于静电力做的功,因为,所以。

3.答:因为电场线总是电势高的等势面指向电势低的等势低的等势面,所以,由课本图1.5-2可知:(1B点的电势高于A点的电势,把负电荷从A移到B静电力做正功,电势能减少,负电荷在A点的电势能较大。

(2负电荷从B移动到A时,静电力做负功。

(3,第6节电势差与电场强度的关系1.答:两板间的电场强度。

尘埃受到的静电力。

静电力对尘埃做功2.答:(1看电场线方向知,D点电势比C点电势高,(2B板接地时,,,。

A板接地时,,,,可见,不管哪一板接地,都是。

(3,如果电子先移到E点再移到D点,静电力做的功不会改变。

这是因为静电力做功与路径无关,只与初末位置有关。

3.答:空气击穿时的电势差。

雷击就是一种空气被击穿的现象。

4.答:小山坡b比a地势更陡些,小石头沿b边滚下加速度更大些。

b边电势降落比a边降落得快,b边的电场强度比a边强。

可见,电势降落得快的地方是电场强度强的地方。

第7节静电现象的应用1.(1金属球内的自由电子受到点电荷的吸引,所以在靠近的一侧带负电,在离远的一侧带正电。

(2在静电平衡状态下,金属球的内部电场强度处处为0,就是说感应电荷产生的电场强度与产生的电场强度等大反向。

在球心处产生的电场强度为,所以金属球上感应电荷产生的电场强度大小为,方向指向。

(3如果用导线的一端接触球的左侧,另一端接触球的右侧,导线不可能把球两侧的电荷中和,因为金属球是个等势体,导线连接的是电势相等的两个点,电荷在这两点间不会移动,就像用水管连接高度相等的两个装水容器,水不会在水管内流动一样。

2.答:3.答:点火器的放电电极做成针状是利用尖端放电现象,使在电压不高的情况下也容易点火。

验电器的金属杆上固定一个金属球是防止出现尖端放电现象,使验电器在电压较高时也不会放电(漏电4.答:因为超高压输电线周围存在很强的电场,带电作业的工人直接进入这样的强电场就会有生命危险。

如果工人穿上包含金属丝的织物制成的工作服,这身工作服就像一个金属网罩,可以起到静电屏蔽的作用,使高压电线周围的电场被工作服屏蔽起来,工人就可以安全作业了。

第8节电容器的电容1.(1把两极板间距离减小,电容增大,电荷量不变,电压变小,静电计指针偏角变小。

(2把两极间相对面积减小,电容减小,电荷量不变,电压变大,静电计指针偏角变大。

(3在两极板间插入相对介电常数较大的电介质,电容增大,电荷量不变,电压变小,静电计指针偏角变小。

2.答:由得此面积约为窗户面积的10倍3.答:(1保持与电池连接,则两极间电压不变,,两极板间距离减半则电容加倍,。

极板上电荷量增加了(2移去电池后电容器所带电荷量不变,,两极板距离减半后,即两极板间电势差减小了4.5V。

4.答:设电容器所带电荷量为,因,并且,所以,。

又因为,所以。

可见,电场强度与两极间距离无关,只与电容器所带电荷量和极板面积有关。

第9节带电粒子在电场中的运动1.答:解法一:;解法二:,;解法三:,,,,可见,第一种方法最简单。

2.答:如果电子的动能减少到等于0的时候,电子恰好没有到达N极,则电流表中就没有电流。

由动能定理,得:。

3.答:设加速电压为,偏转电压为,带电粒子的电荷量为,质量为,垂直进入偏转电场的速度为,偏转电场两极间距离为,极板长为,则:带电粒子在加速电场中获得初动能,粒子在偏转电场中的加速度,在偏转电场中运动的时间为,粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度,粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切。

(1若电子与氢核的初速度相同,则。

(3若电子与氢核的初动能相同,则。

4.答:设加速电压为,偏转电压为,带电粒子的电荷量为,质量为,垂直进入偏转电场的速度为,偏转电场两极距离为,极板长为,则:粒子的初动能,粒子在偏转电场中的加速度,在偏转电场中运动的时间为,粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度,粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切,由于各种粒子的初动能相同,即,所以各种粒子的偏转方向相同;粒子在静电力方向的偏转距离为,可见各种粒子的偏转距离也相同,所以这些粒子不会分成三束。

5.答:电子的初动能,垂直进入匀强电场后加速度,在偏转电场中运动的时间为,电子离开偏转电场时沿静电力方向的速度,电子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切,。

第二章恒定电流第一节电源和电流1.答:如果用导线把两个带异号电荷的导体相连,导线中的自由电子会在静电力的作用下定向移动,使带负电荷的导体失去电子,带正电荷的导体得到电子.这样会使得两导体周围的电场迅速减弱,它们之间的电势差很快消失,两导体成为一个等势体,达到静电平衡.因此,导线中的电流是瞬时的.如果用导线把电池的正负极相连,由于电池能源断地把经过导线流到正极的电子取走,补充给负极,使电池两极之间始终保持一定数量的正、负电荷,两极周围的空间(包括导线之中始终存在一定的电场.导线中的自由电子就能不断地在静电力的作用下定向移动,形成持续的电流.说明:由于电池的内阻很小,如果直接用导线把电池的正负极相连,会烧坏电池,所以实际操作中决不允许这么做.这里只是让明白电池的作用而出此题.2.答:3.答:在电子轨道的某位置上考察,电子绕原子核运动的一个周期内有一个电子通过.电子运动周期,等效电流.(说明:我们可以假想在电子轨道的某处进行考察,在安全装置示断有电子从同一位置通过.还可以结合圆周运动和静电力的知识,根据电子与原子核之间的静电力提供向心力,进一步求得电子绕核运动的速度、周期.第2节电动势1.答:电源电动势相同,内阻不同.(说明:解决本题要理解电池电动势大小与电池正负极材料和电解的化学性质有关.也就是说,与非静电力性质有关.两种电池尽管体积大小不同,但电池内的材料相同,非静电力性质相同,所以,电动势相同.而内阻就是电源内部物质对电流的阻碍,和其他导体的电阻一样与导体的形状、体积都有关系.2.答:10s内通过电源的电荷量.(说明:化学能转化为电能的数值就是把这些电荷从低电势能的极板移送到高电抛能极板的过程中,非静电力做的功.3.答:乘积的单位是瓦特.因为,所以表示非静电力做功的功率,也是电源将其他能转化为电能的电功率.如果,,则,表示每秒有6J其他形式的能转化为电能.(说明:本题也可以从量纲的角度来考虑,要求学生从物理量的复合单位的物理意义入手进行思考.第3节欧姆定律1.答:因,所以,因此不能用这个电流表来测量通过这个电阻的电流.(说明:也可以先求通过的电流为10mA时,电阻两端的电压值(40V,再将所得的电压值与50V比较,从而做判断.2.答:.说明:用直线将图中的4个点与坐标原点连接起来,得到4个电阻的伏安特性曲线.在同一条直线上的不同点,代表的电压、电流不同,但它们的比值就是对应电阻的阻值.、在同一条直线上,因此电阻相同.在其中三条直线上取一个相同的电压值,可以发现的电流最小,因此电阻最大,的电流最大,因此电阻最小.也可以根据直线的斜率判断电阻的大小.3.答:如图2-4所示.4.答:如图2-5所示.(说明:可以根据电阻求出3V、4V和5V时的电流,在坐标系中描点,画出图象.由于点太少,图象所给出的只是一个粗略估测的结果.5.证明:第4节串联电路和并联电路1.答:(1因为与串联,设通过它们的电流为,可知,,所以电压之比与电阻之比相等.(2设负载电阻为,变阻器下部分电阻为,电路结构为与并联后,再与串联,由串、并联电路的特点可得.当时,当时,所以可以取0至的任意值.说明:可以引导学生对变阻器滑动触头分别滑到变阻器两端,进行定性分析.还可以将变阻器的这种分压连接与限流连接进行比较,分析它们改变电压的作用和通过它们的电流情况,进一步提高学生的分析能力.2.答:甲图中,电流表测到的电流实际上是电压表和电阻并联部分的总电流,所以电阻的测量值为电压表和电阻并联部分的总电阻,即,乙图中,电压表和电流表的内阻的影响,两种测量电路都存在系统误差,甲图中测量值小于真实值,乙图中测量值大于真实值,但两种电路误差的大小是不一样的.在这里,教科书把电压表的内接和外接问题作为欧姆定律在新情境下的一个应用,没有作为一个知识点,因此教学的着眼点应该放在基本规律的练习.3.答:可能发生.产生这种现象的原因是电压表内阻的影响.当电压表并联在两端时,电压表和的并联电阻小于,测得的电压小于、直接串联时分得的电压.同样,当电压表和并联时,测得的电压小于、直接串联时分得的电压.所以两次读数之和小于总电压.4.答:当使用、两个端点时,接10V电压,电流表满偏,即电流为满偏电流.,解得.当使用、两端点时,,解得。