1、第15讲 演示实验(二)15.1 静电场知识点睛1探究影响电荷间相互作用力的因素 实验器材球形导体、通草球、感应起电机、铁架台、细线。 实验过程 用感应起电机使球形导体带上足够多的电荷。 如图所示，将通草球靠近球形导体，通草球被吸引与导体球接触，带上同种电荷，随即被排斥开来，调整通草球与球形导体间的距离，使通草球与通过悬点的竖直线有一明显的偏角。 不断改变球形导体的电荷量，观察悬线与竖直线的偏角的变化。 保持球形导体和通草球上的电荷量不变，改变球形导体与通草球之间的距离，观察悬线与竖直线的偏角的变化。 实验结论点电荷间的作用力的大小与它们间的距离和带电量都有关系，随着带电量的增多而增大，随着距
2、离的增大而减小。2静电感应 实验过程 取一对用绝缘支柱支持的金属导体和，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下部的金属箔是闭合的。现在把带正电荷的球移近导体，可以看到、上的金属箔都张开了，表示、都带上电荷（图甲）。实验表明：导体上带负电荷，与上的电荷异号；导体上带正电荷，与上的电荷同号。 如果先把和分开，然后移去，可以看到和仍带有电荷（图乙）。如果再让和接触，它们就不再带电。这说明和分开后所带的异种电荷是等量的，重新接触后等量异种电荷发生中和。 注意事项做好这个实验的关键是要保证三部分导体的绝缘性能良好，让导体带尽可能多的电荷，而且应注意不要使枕形导体与周围空间发生放电现象。3静电屏蔽 实
3、验过程 如图甲所示，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的箔片张开，这表明了验电器受到了外电场的影响。 如果事先用金属网罩把验电器罩住（图乙），验电器的箔片就不会张开。即使把验电器和金属网罩用导线连接起来。箔片也不张开。这表示金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。 深入探究做该实验时，应将验电器放在绝缘台的金属板上，在金属网的外面挂几个导电箔片。用绝缘线吊着将金属网放在金属板上，把验电器罩起来。此时可以看到验电器的箔片不再张开，而金属网外的箔片张开了。4研究影响平行板电容器的因素 实验过程如图所示，用静电计测量已经充电的平行板电容器两极板间的电势差。 保持极板上的电荷量不变
4、，两极板间的距离也不变，改变两极板的正对面积，通过静电计指针的变化得知两极板间电势差的变化。根据公式，由电势差的变化判断电容的变化，从而得知电容与正对面积的关系，如图甲所示。 保持极板上的电荷量不变，两极板的正对面积也不变，改变两极板间的距离，通过静电计指针的变化得知两极板间电势差的变化。根据，由电势差的变化判断电容的变化，从而得知电容与两极板间的距离的关系。见图乙所示。 保持、都不变，在两极板间插入电介质，例如有机玻璃板。通过静电计指针的变化得到两极板间的电势差的变化。根据公式，由电势差的变化判断电容的变化，从而得知两极板间电介质的存在对电容的影响。如图丙所示。 实验结论平行板电容器的电容与
5、两极板的正对面积成正比，与两板间电介质的介电常数成正比，与板间距离成反比。例题精讲例题说明：例1对应静电感应；例2对应静电屏蔽；例3对应影响平行板电容器的因素【例1】 如图所示，把一个不带电的枕形金属导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在、端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是A闭合，有电子从地流向枕形导体B闭合，有电子从枕形导体流向地C闭合，再断开时，导体电势小于零D闭合，再断开，并移走带正电小球，导体电势小于零【答案】 ACD【例2】 如图所示，将一个验电器放在一个带正电的金属球旁边，发现验电器的箔片会张开，则A验电器的箔片带正电B验电器的小球带正电C若用一个金属网罩将验电器罩住，验电器
6、箔片将合拢D若用一个金属网罩将验电器罩住，但金属网罩接触到验电器的小球，验电器箔片将继续张开【答案】 AC【例3】 如图所示装置，在探究影响平行板电容器电容的因素实验中，充好电的平行板电容器的极板A与一灵敏静电计相接，极板B接地。若极板B稍向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是A两极板间的电压不变，极板上的电量变大B两极板间的电压不变，极板上的电量变小C极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变大D极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变小【答案】 C15.2 恒定电流知识点睛1测量导体的电压和电流 实验过程如图所示，用电流表测量通过导体的电流，用电压表测量两端
7、的电压。调节滑动变阻器的滑片，可以得到关于导体的几组电压、电流的数据。随后，换用另一个导体代替进行实验，又可以得到关于导体的多组电压、电流的数据。 数据处理与实验结论在同一坐标系中作出、的图像，如图所示，从图中可以看出，同一金属导体的图像是一条过原点的直线。也就是说，同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值都是一个常数。2探究路端电压随外电阻变化的规律方案： 实验过程按图所示连接电路，闭合开关和，改变外电路的电阻，观察路端电压随着外电阻的变化而发生怎样的变化。 实验结论随着外电阻的增大，路端电压也随之增大。方案： 实验过程用导线把旧干电池、电流表、电压表、2只“ ”小灯泡及开关等按图
8、所示电路连接。 闭合和观察小灯泡的亮度，并记下电流表和电压表的示数。 再闭合，再次观察小灯泡的亮度，并观察电流表和电压表的示数如何变化。 实验现象分析当闭合和时，回路中灯泡和电源组成闭合电路；当再闭合时，回路中多了一个并联支路，使得回路中总电阻变小，根据闭合电路的欧姆定律，干路中的电流增大，内电压增大，路端电压减小，故小灯泡的亮度变暗。 实验结论路端电压随着外电阻的减小而减小，随外电阻的增大而增大。例题精讲例题说明：这部分实验比较简单，学生接触电学实验也比较多，两道例题是路端电压随外电阻变化的变形。【例4】 用电动势为、内阻为的电源对外电路供电，下列判断中正确的是A电源短路时，路端电压为零，电
9、路电流达最大值 B外电路断开时，内电压为零，路端电压也为零 C路端电压增大时，流过电源的电流一定减小 D路端电压增大时，电源的效率一定增大【答案】 ACD【例5】 如图，电源的内阻不可忽略。已知定值电阻，。当电键接位置1时，电流表的示数为。那么当电键接位置2时，电流表的示数可能是下列的哪些值A B C D【答案】 C15.3 磁场知识点睛1奥斯特实验 实验过程1820年4月，奥斯特在一次讲课中，他偶然把导线沿南北方向放置在一个带玻璃罩的指南针的上方，通电时指针转动了，这就是著名的奥斯特实验，如图所示。做实验时，我们可以分为四种情形来观察和研究： 水平电流在小磁针的正上方，让电流由南向北流。 水
10、平电流在小磁针的正上方，让电流由北向南流。 水平电流在小磁针的正下方，让电流由南向北流。 水平电流在小磁针的正下方，让电流由北向南流。 实验说明奥斯特实验发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。 实验注意事项做奥斯特实验时，直导线要南北水平放置，小磁针放在导线的上方或下方。导线东西放置或小磁针放在导线的延长线上都不一定能观察到小磁针的偏转，如将导线东西放置，小磁体放在导线的正下方，若通以由西向东的电流，则小磁针不会偏转，若通以由东向西的电流，则在导线周围电流磁场足够强时才会观察到小磁针的偏转，因为地磁场使指针指向南北方向。2通电导体在磁场中的运动方案： 实验过程如图所示，把一根直导体放在蹄
11、形磁体的磁场里。然后接通电源，让电流通过原来静止的导体，可以看到通电导体在磁场中运动起来了。 实验结论电流通过在磁场中的导体时，导体运动起来。这说明通电导体在磁场里受到力的作用。在上面的实验中可以看到，导体的受力方向跟导体中的电流方向垂直，同时也跟磁感线的方向垂直。方案： 实验过程如图所示，将一根导体棒的两端用铁架台悬挂起来，用电源给导体棒通上电流，可以发现导体棒向左（或向右）摆动。 实验结论磁场对通电导体有力的作用。3线圈在磁场中的运动 实验过程如图甲所示，把一个线圈放在磁场里，接通电源，让电流通过线圈。可以看到线圈在磁场中转动，但并不能持续下去，摆几下便停在了如图乙所示的位置。 实验现象分
12、析乙的位置的原因是：线圈的边和边通电后，在磁场里受到力的作用，而边和边中的电流方向相反，所以受到力的方向也相反，并且不在一条直线上，在这两个力的作用下线圈就转动起来。当转到图乙所示的位置时，这两个力恰好在同一直线上，而且大小相等、方向相反，彼此平衡，所以线圈在这个位置上就可以保持平衡不再转动了。 实验结论磁场对通电线圈会产生力的作用。4探究影响通电导线受力的因素 实验过程如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放在桌上，可以认为磁极间的磁场是均匀的。将一根直导线水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁感应强度的方向（由下向上）垂直。当导线中有电流通过时，导线将摆动一个角度。通过摆动角度的大小可以比较导线
13、受力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”，可以改变导线通电部分的长度。电流由外部电路控制。先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度。观察这两个因素对导线受力的影响。 实验结论通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度有关（长度越大，受力越大），又与导线中的电流有关（电流越大，受力越大）。5探究安培力的方向 实验过程 按图甲所示的实验装置连接。 接通开关，观察导体棒受力的方向（即导体棒摆动的方向），改变导体棒中电流的方向，观察受力的方向是否改变。 上下对调磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力的方向是否改变。 图甲 图乙 实验结论通过上述实
14、验的探究，我们可知导线受力的方向与磁场方向和电流方向有关，即与导线、磁感应强度的方向都垂直，它的指向可以用左手定则来判断，如图乙所示。6平等直导线之间的相互作用力 实验过程如图所示，两条平行的通电直导线会通过磁场发生相互作用。可运用前面学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验你的预测。 实验结论两条平行的通电直导线，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。7观察阴极射线在磁场中的偏转 实验过程图甲是一个抽成真空的电子射线管，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压的作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发荧光。管中可以显示出电子束运动的径迹。实验表明，在没有外磁场时，电子束是沿直线前进的（图乙
15、），如果把射线管放在条形磁铁的一极旁，荧光屏上显示的电子束运动的径迹发生了弯曲，如图丙所示。图甲 图乙 图丙 实验结论运动电荷在磁场中受到了磁场的作用力，这个力叫做洛伦兹力。8用洛伦兹力演示仪研究洛伦兹力 实验过程用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。在做以下每项观察之前，首先进行讨论，根据洛伦兹力的特点预测管内的径迹，然后观察、检验你的预测。演示过程如下： 不加磁场时观察电子束的径迹。 给磁线圈通电，在球形管内产生沿两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。 保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。 保持磁感应强度不变，改变入射电子的速度，观察电
16、子束径迹的变化。 实验结论带电粒子以垂直于磁场的方向进入磁场后要做匀速圆周运动，其轨道半径与粒子的速度、粒子的比荷和磁场的磁感应强度有关。例题精讲例题说明：例6对应奥斯特实验；例7对应线圈在磁场中的运动；例8对应安培力的大小和方向；例9对应阴极射线在磁场中的偏转；例10对应用洛伦兹力演示仪研究洛伦兹力。【例6】 做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是A东西向 B南北向 C正西南 D正西北【答案】 A【例7】 四幅图中能说明发电机的工作原理的是【答案】 A【例8】 如图所示，一根长为的细铝棒
17、用两个倔强系数为的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流时，弹簧缩短；若通以向左的电流，也是大小等于时，弹簧伸长，则磁感应强度为_A B C D【答案】 A【例9】 在用阴极射线管研究磁场对运动电荷作用的实验中，将阴极射线管的、两极连在高压直流电源的正负两极上。从极发射出电子，当将一蹄形磁铁放置于阴极射线管两侧，显示出电子束的径迹如图所示， 则阴极射线管的极应接在电源的 极上(选填 “正” 或 “负” )；蹄形磁铁的端为 极(选填“”或“”)。【答案】 负；【例10】 洛伦兹力演示仪是由励磁线圈（也叫亥姆霍兹线圈）、洛伦兹力管和电源控制部分组成的。励磁线圈是一
18、对彼此平行的共轴串联的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。洛伦兹力管的圆球形玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，电子在玻璃泡内运动时，可以显示出电子运动的径迹。其结构如图所示。 给励磁线圈通电，电子枪垂直磁场方向向左发射电子，恰好形成如“结构示意图”所示的圆形径迹，则励磁线圈中的电流方向是顺时针方向还是逆时针方向 两个励磁线圈中每一线圈为匝，半径为，两线圈内的电流方向一致，大小相同为，线圈之间距离正好等于圆形线圈的半径，在玻璃泡的区域内产生的磁场为匀强磁场，其磁感应强度（特斯拉）。灯丝发出的电子经过加速电压为的电场加速后，垂直磁场方向进入匀强磁场区域，通过标尺测得圆形径迹的直径为，请估
19、算电子的比荷。（答案保留2位有效数字） 为了使电子流的圆形径迹的半径增大，可以采取哪些办法？【答案】 励磁线圈中电流方向是顺时针方向 增大加速电压；减小线圈中的电流15.4 电磁感应知识点睛1断电、通电自感现象的演示 实验过程 如图所示的电路中，两个灯泡和的规格相同，与线圈串联后接到电源上，与可变电阻串联后接到电源上，在电源与上述用电器之间还接有一可变电阻。 先闭合开关，调节电阻，使两个灯泡的亮度相同，再调节可变电阻，使它们都正常发光，然后断开开关，注意观察断开时灯泡的亮度变化； 重新接通电路，观察在开关闭合的时候两个灯泡的发光情况。 实验现象步骤中当开关断开时，两灯泡并不马上熄灭，而是要过一
20、会儿才熄灭。当开关再次闭合时，跟电阻串联的灯泡马上亮，而跟线圈串联的灯泡却慢慢得亮起来。 现象分析电源断开时，通过线圈的电流会减小，这时中会产生感应电动势，阻碍电流的减小，所以灯泡要过一会儿才熄灭。在接通电源的瞬间，电流增加，线圈中产生感应电动势，根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加，所以灯泡较慢得亮起来。2电磁驱动 实验过程如图所示，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁铁，观察铝框的运动。 实验现象转动磁铁，可发现铝框也随着转动起来。 现象分析如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用常称为电磁驱
21、动。3振动的磁铁（电磁阻尼） 实验过程如图所示，在一个线圈的上方用橡皮筋（或弹簧）吊一根条形磁铁，让磁铁在线圈中上下振动。请仔细观察闭合开关、断开开关情况下磁铁的振动情况。 实验现象闭合开关，可发现磁铁振动的幅度越来越小；断开开关后，磁铁振动的幅度基本不变。 现象分析当开关闭合时，磁场的运动使得穿过线圈中的磁通量发生变化，故线圈中产生感应电流，电能增加，机械能减少；当开关断开时，线圈中无感应电流产生，故磁铁的机械能几乎不变，故振动幅度也就不变。例题精讲例题说明：例11对应自感现象；例12、例13对应电磁阻尼【例11】 如下图（a）（b）中电阻和自感线圈的电阻值相等，接通，使电路达到稳定状态，灯
22、泡发光，则在电路（a）中，断开，将渐渐变暗在电路（a）中，断开，将先变得更亮，然后渐渐变暗在电路（b）中，断开，将渐渐变暗在电路（b）中，断开，将先变得更亮，然后渐渐变暗A. B. C. D.【答案】 D【例12】 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，而不用塑料做骨架是因为A塑料材料的坚硬程度达不到要求 B塑料是绝缘的，对线圈的绝缘产生不良影响C铝框是导体，在铝框和指针一块摆动过程中会产生涡流，使指针很快停止摆动D铝框的质量比塑料框的质量大【答案】 C【例13】 在科技馆里常看到这样的现象：一根长左右的空心铝管竖直放置（图甲），把一枚磁性很强的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口，
23、圆柱直径略小于铝管的内径。根据一般经验，小圆柱自由落下左右的时间不会超过，但把小圆柱从上端管口放入管口后，过了许久它才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们相互吸引，是什么原因时小圆柱在铝管中缓慢下落呢？如果换用一条有裂缝的铝管（图乙），圆柱在铝管中的下落就变快了。这是为什么【答案】 在磁性很强的小圆片下落过程中，没有缺口的铝管中的磁通量发生变化（小圆片上方磁通减少，下方磁通增加）所以铝管中将产生感应电流。感应电流的磁场将对下落的小圆片产生阻力作用，小圆片缓慢下落。如果小圆片在有缺口的铝管中下落，尽管铝管中也会产生感应电动势，但是不会产生感应电流，所以这时没有阻力。69第四级（下）第15讲提高-尖子-目标教师版