《光、电、磁、材料及能源》例题选析及对应训练

一、例题选析

例1 小明想在家里悬挂一面大镜子，便于家里三人梳妆、换衣时都能站着看清自己的全身，他的妈妈身高160cm，他的爸爸身高176cm，他自己身高168cm。且人眼到头顶的竖直距离为身高的1/10。请你帮他设计一个最节省的方案。

解析 要满足全家人的需求，就必须以身高最高的人进行设计，即小明的爸爸身高176cm，根据人眼到头顶的竖直距离为身高的1/10，则她的眼睛到头顶的距离为17.6cm。同时，要看到自己的全身像必须使得头顶与脚尖发出的光线经过平面镜反射后都能到达眼睛。利用平面镜成像的对称性和反射定律，可作出图1所示光路图。人身高的标点A、B和人眼O点组成一个三角形，由对称性可知平面镜CD是ABO的中位线，所以平面镜CD的长度只需要人身高的一半，即88cm。同理可得C点距头顶的竖直距离为8.8cm。

例2 在图2所示中，S是发光点，S′是发光点经凸透镜所成的像，虚线为主光轴，是作图确定凸透镜的位置及其焦点位置。

解析 根据凸透镜成像规律，过光心的光线不改变方向，平行于主光轴的光线过透镜后过焦点，过焦点的光线经透镜后平行于主光轴；经过透镜后的光线的交点就是实像，经过透镜后的光线的反向延长线的交点就是虚像。因此，如图3所示，首先连接S和S′，延长线与主光轴的交点O就是凸透镜的位置，过O点作出凸透镜，然后作S发出的平行与主光轴的光线，此光线与凸透镜与S′连接起来，其延长线就是平行光线过透镜后的光线，则与主光轴的交点就是凸透镜的焦点F，利用焦点的对称性可作出凸透镜左侧的焦点F。

例3 两条通电直导线AB、CD互相平行，又互相靠近，通入相同方向的电流时，彼此之间的相互作用力是怎样的？如果通过的是相反的电流时，相互作用力又是怎样的？

解析 方法一：通电导线之间的相互作用力，实质上是两根直导线各自形成的磁场之间的作用。根据安培定则判断AB和CD通电直导线产生的磁场方向如图4甲所示，在相互靠近的区域，两直导线产生的磁场方向相反，所以两直导线是相互吸引。如果两直导线通过相反的电流时，AB、CD通电直导线产生的磁场如图4乙所示，在相互靠近区域两磁场的方向相同，所以两直导线是相互排斥。

方法二：把两直导线的相互作用看作是磁场对电流作用的问题。把CD直导线看作是放置于AB直导线产生的磁场中受力的问题，根据安培定则判断AB通电直导线在左右两边区域产生的磁场方向如图所示，CD直导线放置在AB直导线的右边区域，根据左手定则可以判断CD直导线受磁场力的方向，如图5甲所示。同样道理也可以判断AB直到线在CD直导线产生磁场中受到磁场力的方向，如图5乙所示。所以通入同方向电流时，两直导线是相互吸引的。通过相反方向的电流时，如图5丙所示，相互作用是相互排斥的。

例4 如图6所示，弹簧秤下吊一条形磁铁，磁铁N极在上端，S极在下端。闭合开关S弹簧秤示数减小，当向右滑动变阻器的滑片P时，弹簧秤的示数进一步减小，则电源的极性和变阻器应接入的接线柱是：（ ）

A．电源左端为正极，接线柱应接B、C。

B．电源左端为正极，接线柱应接A、C。

C．电源左端为负极，接线柱应接B、D。

D．电源左端为负极，接线柱应接A、B。

解析 闭合开关S使电路接通，电磁铁具有磁性，对上方的条形磁铁有磁力的作用。条形磁铁在竖直方向上受到三个力的作用：重力、磁力和弹簧秤的拉力。

由于闭合开关S后，弹簧秤的示数减小，表明条形磁铁受到的磁力是斥力的作用，电磁铁的上端一定与条形磁铁下端极性相同都为S极。利用右手螺旋定则可以判定螺线管中电流方向如图7所示。由于电流总是从电源正极流出，然后回到负极。所以可以判断电源的右端为正极，左端为负极。

当变阻器的滑片P向右滑动时，弹簧秤的示数又减小，表明条形磁铁受到螺线管上端S极的斥力增大，螺线管磁性增强。在线圈匝数没有改变的情况下，一定是通过螺线管的电流增大，其原因是电路中电阻变小，即变阻器连入电路中的电阻变小，连入电路部分的长度变短。根据变阻器的示意图，在滑片P向右滑动时，连入电路部分的长度变短，应接入的接线柱只能是B、C或是B、D。

所以本题的答案应选C。

例5 如图8所示，EF、GH是两根水平放置的光滑金属导轨，在导轨放置的区域内有磁场存在，磁感线方向垂直于纸面向内。AB、CD为导轨上滑动的金属棒。当AB在外力作用下向右运动时，CD将怎样运动？为什么？

解析 当金属棒AB在外力作用下向右运动时，由于切割磁感线，AB中将有感应电流产生。根据右手定则判断，感应电流的方向由B向A。感应电流经导轨流入金属棒CD，CD为通电导线，它在磁场中受到磁场力的作用，磁场力作用的方向用左手定则判断可知指向右方。CD在这个磁场力的作用下向右运动。

例6 在图9所示的电路中，电源两端电压保持不变，R0为半导体热敏电阻，R1、R2和R3为普通电阻，除了热敏电阻以外，其他电阻均不受温度的影响，那么当环境温度升高后，有关电表的示数，下列说法正确的是（ ）

A.A增大，V1增大，V2增大。

B.A增大，V1减小，V2增大。

C.A减小，V1增大，V2增大。

D.A减小，V1减小，V2增大。

解析 因为半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。热敏性是半导体的导电性能随温度升高而显著提高，即温度越高电阻率越小；光敏特性是有些半导体受到光照时电阻大大减小；掺杂特性是在纯净的半导体中掺入微量的杂质可使半导体导电性能提高许多。所以四个电阻串联后接在电源两端，当环境温度升高，半导体热敏电阻R。的阻值减小，电路中总电阻减小，电流增大，所以电流表A的示数增大；通过R1的电流增大,R1两端的电压增大，电压表V2的示数增大；电路电流增大,R3两端的电压增大，所以电压表V1的示数减小。

例7 超导材料电阻降为零的温度称为临界温度，1987年我国科学家制成了临界温度为90K的高温超导材料。若利用超导材料具有零电阻的性质，可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线总电阻为4Ω，输入电压为220V,用户用电器电阻为16Ω。如果用临界温度以下的超导体代替原来的输电线，用户得到的电压升高多少？

解析 用输电线供电，电流

I1=UR1+R2=2204+16A=11A。

用户用电器电压为

U1= I1R2=11A×16Ω=176V。

用超导材料输电，线路上无电压损耗，

U2=220V。

所以用户用电电压可升高

ΔU=U2－U1=(220－176)V=44V。

例8 目前已建成的核电站都是利用（ ）

A．物质的氧化反应产生的能量来发电。

B．物质的还原反应产生的能量来发电。

C．核裂变的链式反应产生的能量来发电。

D．核聚变的链式反应产生的能量来发电。

解析 本题主要考查学生对新型能源的了解，譬如：太阳能、核能、地热能、潮汐能和风能，这些能源如何才能被人类利用的简单原理。所以根据目前人类利用核裂变的链式反应产生的能量来发电，则选择C。

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例9 如图10所示，直流电机提升重物，重物的质量m=50kg，电源供电电压为110V,不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路电流为5A，则电动机线圈的电阻多大？（g取10N/kg）

解析 由题意得愉入电动机的功率

P=UI=110V×5A=550W。

电动机提升重物，克服重力做功的功率

P1=mgv=50×10×0.90W=450W。

所以电动机线圈上消耗的热功率

P2=P－P1=(550-450)W=100W，

而P2＝I2R，

所以R=P2/I2=100/52=4Ω。

二、对应训练

1.下列射线中，呈中性的是( )

A．α射线。B．β射线。

C．γ射线。D．阴极射线。

2．下列几种发电所用能源不是来自地球以外的是（ ）

A．火力发电。 B．风力发电。

C.原子能发电。 D.水力发电。

3、常温下的超导体能研制成功，它适于做以下哪些元件（ ）

A.保险丝。B.输电线。

C.电炉丝。D.电磁铁。

4．关于磁现象的电本质，正确的说法是（ ）

A．一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用。

B．除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的。

C．根据安培的分子环电流假说，在外界磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化，两端形成磁极。

D．磁就是电，电就是磁，有磁必有电，有电必有磁。

5、关于镜面反射和漫反射，下面说法中不正确的是（ ）

A.无论镜面反射还是漫反射，对应一条入射光线，只有一条反射光线。

B.镜面反射的每一条光线都遵循光的反射规律。

C.漫反射中有些光线不遵循光的反射规律。

D.入射光线彼此平行时，漫反射后的反射光线彼此不平行。

6、超导研究是当今高科技的热点之一，对超导材料的研制与开发是一项重大的科研课题。当一块磁体靠近超导体时，超导体中将产生强大的电流，其主要原因是（ ）

A.超导体的电阻为零。

B.超导体的电阻很大。

C.穿过超导体的磁通量很大。

D.穿过超导体的磁通量很小。

7．一个可自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个圆线圈的圆心重合，当两线圈通过如图11所示方向的电流时，则从左向右看，线圈L1将：（ ）

A．不动。

B．顺时针转动。

C．逆时针转动。

D．向纸外平动。

8．下列四过程中，能够正确接收电磁波的过程是( )

A．接收天线、调谐器、检波器、耳机。

B．接收天线、检波器、调谐器、耳机。

C．调谐器、接收天线、检波器、耳机。

D．耳机、调谐器、检波器、接收天线。

9、一束光线与平面镜成30°角入射到平面镜上，当平面镜转动20°时，反射光线与入射光线的角为（ ）

A.80°。 B.160°。 C.140°。 D.80°或160°。

10、关于地球同步卫星的下列说法中，正确的是( )

A．同步卫星绕地球转动的周期和地球自转的周期一样。

B.同步卫星可作为转播微波的中转站。

C.同步卫星的速度与电磁波的传播速度相同。

D．要使世界上任何一个地方的电视节目都可以传送到全世界，至少要有三颗同步卫星。

11、关于能源和能源的利用，下列说法不正确的是（ ）

A.由于我国煤和石油储量丰富，所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要。

B.能源的利用过程，实质上是能的转化和传递过程。

C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气。

D.煤、石油和天然气的化学能归根到底是来自太阳能。

12、下列关于超导体的说法中，正确的是（ ）

A.温度降到4.2℃，导体就能转变为超导体。

B.超导体的电阻很小。

C.导体的温度很高，就能变为超导体，叫高温超导。

D.电流在超导体中传输时不发热。

13、物体从距凸透镜12cm处移动到距凸透镜20cm处，调整光屏的位置，总能在光屏上得到倒立放大的像，由此可知次凸透镜的焦距可能是（ ）

A.9cm。B.11cm。

C.13cm。D.15cm。

14．如图12所示，当导线MN在外力的作用下沿导轨向右运动时流过R的电流方向是：（ ）

A．由B流向A。

B．由A流向B。

C．无感应电流。

D．无法确定。

15．如图13所示，a是螺线管，b、c、d是三个小磁针，开关S闭合后，下面说法中错误的是：（ ）

A．a的左端为S极。 B．c的左端为S极。

C．b的右端为N极。 D．d的右端为N极。

16．如图14所示，小圆圈代表闭合电路的一部分导体的横截面，导体中的感应电流方向垂直于纸面向外，那么导体运动的方向是（ ）

A．向左。 B．向右。

C．向上。 D．向下。

17．在下列的家用电器中，应用直流电动机工作的是（ ）

A．电烫斗。B．电冰箱。

C．电吹风。D．电动剃须刀。

18．质量为m的导体棒用绝缘细线悬挂在匀强磁场中，如图15所示，欲使悬线对导体棒的拉力为零，则导体棒中应通过电流的方向为_____，导线受到的磁场力大小为______。

19．如图16所示，当给圆环通电时，与其共面且在正下方的小磁针S极转向读者，则圆环中的电流方向是________（填顺时针或逆时针），圆环中小磁针的______极转向读者。

20．用细导线悬挂起来的轻质导电圆环和条形磁铁共面，当导电圆环通以如图17所示的电流时，导线环将如何运动？

21．小华利用自己绕制的电磁铁设计了一个能使甲、乙两灯交替发光的电路，电磁铁及电路图如图18甲所示。你认为在开关闭合后实际会看到什么现象？请把改正后的电磁铁及电路画在图18乙的空白处。（Ａ、Ｂ为带活动触点的接线柱，ＢＣ间为铁片）

22．A、B两电阻的U-I关系图像如图19所示。从图中，求出A、B导体的电阻分别是多大？若两个电阻串联。求它们消耗的电功率之比。若两电阻并联，求通过两电阻的电流之比。

23．某家庭电度表盘上标有“220V、10A”，他家想装一个无水箱式电热淋浴器。从喷头里流出热水供淋浴。已知冷水温度为16℃，淋浴所需的热水温度为41℃，每分钟要供水4L。请你用几种方法来分析能不能安装这个无水箱式电热淋浴器。

24．一台旧电视机，说明书已丢失，你能用电能表、秒表和其他器材测出它的电功率吗？有哪几种方法？

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