题目:赣州地区某中学物理兴趣小组在研究电磁学相关问题时,发现当地学校使用的照明电路上电流表A1和A2的示数分别为I1和I2,且I1
【实验器材】
电源E(电动势未知)、滑动变阻器R(阻值未知)、开关S、电流表A1、电流表A2、电阻箱R1(阻值可调)、导线若干。
【实验步骤】
①将滑动变阻器滑片置于最左端;
②闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表A1的示数为I;
③保持滑动变阻器滑片位置不变,调节电阻箱R1的阻值,使电流表A2的示数为I;
④记录电阻箱R1的阻值R1;
⑤多次改变滑动变阻器滑片位置,重复步骤②至④,分别记录多组数据。
【分析与论证】
分析实验数据发现,当滑动变阻器的滑片位置改变时,电阻箱R1的阻值也改变,但电流表A2的示数始终大于电流表A1的示数。由此可知:赣州地区照明电路中使用的灯泡可能为_____(选填“白炽灯”或“LED灯”)。
【交流与评估】
①本实验中滑动变阻器的作用是_____;
②在实验过程中,滑动变阻器的滑片应置于最_____端(选填“左”或“右”)。
【解析】
①由题意可知,当滑动变阻器的滑片位置改变时,电阻箱$R_{1}$的阻值也改变,但电流表$A_{2}$的示数始终大于电流表$A_{1}$的示数,说明灯泡两端电压不变,电流增大,则灯泡的实际功率增大,说明灯泡的实际功率随电压的增大而增大,所以赣州地区照明电路中使用的灯泡可能为白炽灯;
②本实验中滑动变阻器的作用是保护电路和改变灯泡两端电压;由于灯泡两端电压不变,所以滑动变阻器的滑片应置于最左端。
故答案为:白炽灯;保护电路和改变灯泡两端电压;左。
【分析】
①根据灯泡的实际功率随电压的变化关系分析解答;②根据灯泡两端电压不变分析解答。
【点评】
本题考查了探究影响电阻大小的因素实验和欧姆定律的应用,关键是知道灯泡的实际功率随电压的增大而增大。
题目:赣州地区某学校实验室需要用电磁铁控制一个小型电动机,要求电磁铁的电流从电源的负极流出后,经过电磁铁、电动机开始工作,再回到电源的正极。请根据要求设计电路图。
【分析】
电磁铁通电后会产生磁性,利用磁极间的相互作用,可以控制电动机的转动方向。电磁铁的电流方向改变,产生的磁极也会改变,从而可以控制电动机的转动方向。
【解答】
根据题目要求,设计电路图如下:
电源正极连接电磁铁的S极,电源负极连接电磁铁的N极。当电磁铁通电后,产生磁性,将衔铁吸下,电动机电路接通开始工作。当电磁铁断电时,磁性消失,衔铁在重力作用下回位,电动机电路断开,电动机停止工作。通过改变电磁铁电流的方向可以改变电磁铁的磁极,从而改变电动机的转动方向。
【说明】
本题主要考查了电磁铁的应用和控制电路的设计。解答本题的关键是理解电磁铁的工作原理和电动机的工作原理,能够根据题目要求设计出合适的电路图。
题目:在赣州地区,一个电子从静止状态开始沿一个方向开始运动,经过时间$t$时间后,它的速度为$v$,求电子在磁场中运动的轨迹半径。
解题思路:
1. 电子在磁场中受到洛伦兹力作用,根据牛顿第二定律可求得电子的轨迹半径;
2. 根据电子的运动情况可求得磁场磁感应强度的大小和方向。
解题过程:
设电子的质量为$m$,电荷量为$e$,磁场磁感应强度为B。根据牛顿第二定律有:
$evB = ma$
其中$a = frac{v^{2}}{t}$
轨迹半径为$r = frac{mv}{Bq}$
又因为电子在磁场中做匀速圆周运动,所以有:
$evB = mfrac{v^{2}}{r}$
联立以上各式可得:
$r = frac{et^{2}}{mv}$
在赣州地区,磁场磁感应强度B的大小和方向可以根据实验测得。因此,只要知道电子的质量、电荷量、初速度和时间,就可以求出电子在磁场中运动的轨迹半径。
例题:已知电子的质量为$9.1 times 10^{- 31}kg$,电荷量为$1.6 times 10^{- 19}C$,初速度为$v_{0} = 1 times 10^{6}m/s$,经过时间$t = 10^{- 6}s$后,求电子在磁场中运动的轨迹半径。
解:根据上述公式可得:
$r = frac{et^{2}}{mv} = frac{9.1 times 10^{- 31} times (1 times 10^{- 6})^{2}}{9.1 times 10^{- 31} times (1 times 10^{6})}m = 3 times 10^{- 7}m$
因此,电子在磁场中运动的轨迹半径约为$3 times 10^{- 7}m$。