11．有以下的可供选用的器材及导线若干条.要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流.——青夏教育精英家教网—

摘要：11．有以下的可供选用的器材及导线若干条.要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流.

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（1）①在利用单摆测重力加速度的实验中，甲组同学用游标卡尺测出小球的直径如图1所示．则该小球的直径为

cm．
②乙组同学在实验中测出多组摆长和运动的周期，根据实验数据，作出T²-L的关系图象如图2所示，该同学在实验中出现的错误可能是计算摆长时

（选填“漏加”或“多加”）了小球的半径．
③虽然实验中出现了错误，但根据图象中的数据，仍可算出准确的重力加速度，其值为

rn/s²（最后结果保留三位有效数字）．
（2）用半偏法测电流表内阻，提供的器材如下：
干电池（电动势E约为1.5V，内阻r约为10Ω）、待测电流表A（0～50μA，内阻约4kΩ）、电阻箱R₁、R₂（均为0～99999.9Ω）、电键、导线若干．
①实验电路如图3，有关实验操作及测量如下：
I．只闭合S，当调节R₁到26090.0Ω时，电流表A满偏；
Ⅱ．再闭合S₁，R₂调为3770.0Ω时，电流表A半偏，由此可得电流表的内阻R_g的测量值为

Ω．
②半偏法测量电流表内阻时，要求R₁＞R_g（比值R₁/R_g越大．测量误差越小），本实验中R₁虽比R_g大．但两者之比不是很大，因此导致R_g的测量误差较大．具体分析如下：电流表A半偏时的回路总电阻比全偏时的回路总电阻

（填“偏大”或“偏小”），导致这时的总电流

（选填“变大”或“变小”），半偏时R₂

R_g（填“大于”或“小于”）．
③为减小R_g的测量误差，可以通过补偿回路总电阻的方法，即把半偏时回路的总电阻的变化补回来．具体的数值可以通过估算得出，实际操作如下：在①中粗测出R_g后，再把R₁先增加到

Ω[用第①问中的有关条件求得具体数值]，再调节R₂使电流表

．用这时R₂的值表示R_g的测量值，如此多次补偿即可使误差尽量得以减小．

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（2012?闵行区三模）将两个金属电极锌、铜片插入一个水果中就可以做成一个水果电池．现要测量橘子电池（如图A所示）的电动势和内阻，四位同学采用不同的方法进行探究．
（1）甲同学用多用表的直流电压档，选择0～1V量程，直接测铜锌两金属片之间的电压时读数为0.82V；用多用表的欧姆档直接测水果电池的两极，读得此时的读数为3200Ω；甲同学认为该水果电池电动势E=0.82V，内阻r=3.2kΩ
请指出甲同学测量的主要错误：

①水果电池的内阻较大，水果电池的电动势大于0.82V
②因水果电池本身有电动势，当用欧姆表直接接水果电池的两极时，欧姆表内部的电源与水果电池的电动势正向或反向串联，影响测量的结果，故测不准．

（2）乙同学利用伏安法电路并借助DIS实验器材中的电压、电流传感器测水果电池的电动势和内阻，电路如图B所示．
下表是乙同学测量该水果电池时记录的数据．

次数	1	2	3	4	5	6
电压U/V	0.32	0.360	0.44	0.52	0.60	0.68
电流I/mA	0.32	0.30	0.26	0.22	0.18	0.14

请你根据测量数据在答题卷相应位置的坐标纸中描点作出U随I变化的关系图象．由图象求出水果电池的电动势为

0.96V

V，内阻为

2.0×10³Ω

Ω．
（3）丙同学也想自己测一下水果电池的电动势和内阻，该同学手边只有电流传感器，导线、开关和一只电阻箱（电阻可变范围09999.9Ω），他利用这些器材测出了一系列电流与电阻对应的数据，图象法处理数据时丙同学作出

随

变化的关系图象．根据图象的斜率和截距也求出了水果电池的电动势和内阻．
（4）丁同学将四个这样的水果电池串联起来给“2.5V，0.5A”的小灯泡供电，灯泡仍不发光（检查电路无故障）分析灯泡不亮的原因是：

水果电池的内阻太大，回路中电流太小，路端电压太小

．

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I．某同学设计了用如图所示的电路测量量程为1V的电压表的内阻R_V（R_V在800Ω-900Ω之间）实验步骤和方法是：

CDG

（用器材的序号字母表示）
（2）对于上述方法测出的电压表内阻R_V的测量值R_测和真实值R_真及测量误差，下列说法中正确的是

．
A．R_测＞R_真
B．R_测＜R_真
C．若R_V越大，测量值R_测相对于真实值R_真的误差就越大
D．若R_V越大，测量值R_测相对于真实值R_真的误差就越小
II．（10分）学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小组的同学们对种摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方本块（如一把米尺）做成的摆（这种摆被称为复摆），如图所示．让其在竖直平面内做小角度摆动，C点为重心，板长为L，周期用T表示．
甲同学猜想：复摆的周期应该与板的质量有关．
乙同学猜想：复摆的摆长应该是悬点到重心的距离

．
丙同学猜：复摆的摆长应该大于

．理由是：若OC段看成细线，线栓在C处，C点以下部分的重心离O点的距离显然大于

．
为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探索：
（1）把两个相同的木板完全重叠在一起，用透明胶（质量不计）粘好，测量其摆动周期，发现与单个木板摆动的周期相同，重做多次仍有这样的特点．则证明了甲同学的猜想是

错误

的（选填“正确”或“错误”）
（2）用T₀表示板长为L的复摆看成摆长为

．单摆的周期计算值（T0=2π

），用T表示板长为L复摆的实际周期测量值．计算与测量的数据如下表：

板长L/cm	25	50	80	100	120	150
周期计算值T₀/s	0.70	1.00	1.27	1.41	1.55	1.73
周期测量值T/s	0.81	1.16	1.47	1.64	1.80	2.01

由上表可知，复摆的等效摆长

大于

（选填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）为了进一步定量研究，同学们用描点作图法对数据进行处理，所选坐标如图．请在坐标纸上作出T-T₀图，并根据图象中反映出的规律求出L_等=

1.35

．（结果保留三位有效数字，其中L_等是板长为L时的等效摆长T=2π

L等

）．

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I．某同学设计了用如图所示的电路测量量程为1V的电压表的内阻R_V（R_V在800Ω-900Ω之间）实验步骤和方法是：

①断开开关S，按右图连接好电路②把滑动变阻器的触头P滑到a端③将电阻箱R的阻值调为零④闭合开关S⑤调节滑动变阻器R的阻值，使电压表的示数为1V⑥调节电阻箱R的阻值，使电压表的示数为0.5V，此时电阻箱R的值即为电压表的内电阻R_V的测量值⑦最后断开开关S．
实验室可供选择的实验器材有：
A．待测电压表B．滑动变阻器，最大阻值1000Ω
C．滑动变阻器，最大阻值10ΩD．电阻箱：最大阻值999.9Ω
E．电阻箱：最大阻值99.9ΩF．电池组：电动势约4V，内阻可忽略
G．电池组：电动势约8V，内阻可忽略
以及导线和开关等，按照这位同学设计的实验方法，回答下列问题：
（1）人使用本方法测量得较精确，而且使用仪器个数最少，除了导线，开关和待测电压表外，还应从提供的B、C、D、E、F、G器材中选用______（用器材的序号字母表示）
（2）对于上述方法测出的电压表内阻R_V的测量值R_测和真实值R_真及测量误差，下列说法中正确的是______．
A．R_测＞R_真
B．R_测＜R_真
C．若R_V越大，测量值R_测相对于真实值R_真的误差就越大
D．若R_V越大，测量值R_测相对于真实值R_真的误差就越小
II．（10分）学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小组的同学们对种摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方本块（如一把米尺）做成的摆（这种摆被称为复摆），如图所示．让其在竖直平面内做小角度摆动，C点为重心，板长为L，周期用T表示．
甲同学猜想：复摆的周期应该与板的质量有关．
乙同学猜想：复摆的摆长应该是悬点到重心的距离

．
丙同学猜：复摆的摆长应该大于

．理由是：若OC段看成细线，线栓在C处，C点以下部分的重心离O点的距离显然大于

．
为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探索：
（1）把两个相同的木板完全重叠在一起，用透明胶（质量不计）粘好，测量其摆动周期，发现与单个木板摆动的周期相同，重做多次仍有这样的特点．则证明了甲同学的猜想是______的（选填“正确”或“错误”）
（2）用T表示板长为L的复摆看成摆长为

．单摆的周期计算值（

），用T表示板长为L复摆的实际周期测量值．计算与测量的数据如下表：

板长L/cm	25	50	80	100	120	150
周期计算值T/s	0.70	1.00	1.27	1.41	1.55	1.73
周期测量值T/s	0.81	1.16	1.47	1.64	1.80	2.01

由上表可知，复摆的等效摆长______（选填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）为了进一步定量研究，同学们用描点作图法对数据进行处理，所选坐标如图．请在坐标纸上作出T-T图，并根据图象中反映出的规律求出L_等=______

．（结果保留三位有效数字，其中L_等是板长为L时的等效摆长

）．
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第十部分磁场

第一讲基本知识介绍

《磁场》部分在奥赛考刚中的考点很少，和高考要求的区别不是很大，只是在两处有深化：a、电流的磁场引进定量计算；b、对带电粒子在复合场中的运动进行了更深入的分析。

一、磁场与安培力

1、磁场

a、永磁体、电流磁场→磁现象的电本质

b、磁感强度、磁通量

c、稳恒电流的磁场

*毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart law）：对于电流强度为I 、长度为dI的导体元段，在距离为r的点激发的“元磁感应强度”为dB 。矢量式d= k，（d表示导体元段的方向沿电流的方向、为导体元段到考查点的方向矢量）；或用大小关系式dB = k结合安培定则寻求方向亦可。其中 k = 1.0×10^?7N/A² 。应用毕萨定律再结合矢量叠加原理，可以求解任何形状导线在任何位置激发的磁感强度。

毕萨定律应用在“无限长”直导线的结论：B = 2k ；

*毕萨定律应用在环形电流垂直中心轴线上的结论：B = 2πkI ；

*毕萨定律应用在“无限长”螺线管内部的结论：B = 2πknI 。其中n为单位长度螺线管的匝数。

2、安培力

a、对直导体，矢量式为 = I；或表达为大小关系式 F = BILsinθ再结合“左手定则”解决方向问题（θ为B与L的夹角）。

b、弯曲导体的安培力

⑴整体合力

折线导体所受安培力的合力等于连接始末端连线导体（电流不变）的的安培力。

证明：参照图9-1，令MN段导体的安培力F₁与NO段导体的安培力F₂的合力为F，则F的大小为

F =

= BI

关于F的方向，由于ΔFF₂P∽ΔMNO，可以证明图9-1中的两个灰色三角形相似，这也就证明了F是垂直MO的，再由于ΔPMO是等腰三角形（这个证明很容易），故F在MO上的垂足就是MO的中点了。

证毕。

由于连续弯曲的导体可以看成是无穷多元段直线导体的折合，所以，关于折线导体整体合力的结论也适用于弯曲导体。（说明：这个结论只适用于匀强磁场。）

⑵导体的内张力

弯曲导体在平衡或加速的情形下，均会出现内张力，具体分析时，可将导体在被考查点切断，再将被切断的某一部分隔离，列平衡方程或动力学方程求解。

c、匀强磁场对线圈的转矩

如图9-2所示，当一个矩形线圈（线圈面积为S、通以恒定电流I）放入匀强磁场中，且磁场B的方向平行线圈平面时，线圈受安培力将转动（并自动选择垂直B的中心轴OO′，因为质心无加速度），此瞬时的力矩为

M = BIS

几种情形的讨论——

⑴增加匝数至N ，则 M = NBIS ；

⑵转轴平移，结论不变（证明从略）；

⑶线圈形状改变，结论不变（证明从略）；

*⑷磁场平行线圈平面相对原磁场方向旋转α角，则M = BIScosα ，如图9-3；

证明：当α = 90°时，显然M = 0 ，而磁场是可以分解的，只有垂直转轴的的分量Bcosα才能产生力矩…

⑸磁场B垂直OO′轴相对线圈平面旋转β角，则M = BIScosβ ，如图9-4。

证明：当β = 90°时，显然M = 0 ，而磁场是可以分解的，只有平行线圈平面的的分量Bcosβ才能产生力矩…

说明：在默认的情况下，讨论线圈的转矩时，认为线圈的转轴垂直磁场。如果没有人为设定，而是让安培力自行选定转轴，这时的力矩称为力偶矩。

二、洛仑兹力

1、概念与规律

a、 = q，或展开为f = qvBsinθ再结合左、右手定则确定方向（其中θ为与的夹角）。安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。

b、能量性质

由于总垂直与确定的平面，故总垂直，只能起到改变速度方向的作用。结论：洛仑兹力可对带电粒子形成冲量，却不可能做功。或：洛仑兹力可使带电粒子的动量发生改变却不能使其动能发生改变。

问题：安培力可以做功，为什么洛仑兹力不能做功？

解说：应该注意“安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现”这句话的确切含义——“宏观体现”和“完全相等”是有区别的。我们可以分两种情形看这个问题：（1）导体静止时，所有粒子的洛仑兹力的合力等于安培力（这个证明从略）；（2）导体运动时，粒子参与的是沿导体棒的运动v₁和导体运动v₂的合运动，其合速度为v ，这时的洛仑兹力f垂直v而安培力垂直导体棒，它们是不可能相等的，只能说安培力是洛仑兹力的分力f₁ = qv₁B的合力（见图9-5）。

很显然，f₁的合力（安培力）做正功，而f不做功（或者说f₁的正功和f₂的负功的代数和为零）。（事实上，由于电子定向移动速率v₁在10^?5m/s数量级，而v₂一般都在10^?2m/s数量级以上，致使f₁只是f的一个极小分量。）

☆如果从能量的角度看这个问题，当导体棒放在光滑的导轨上时（参看图9-6），导体棒必获得动能，这个动能是怎么转化来的呢？

若先将导体棒卡住，回路中形成稳恒的电流，电流的功转化为回路的焦耳热。而将导体棒释放后，导体棒受安培力加速，将形成感应电动势（反电动势）。动力学分析可知，导体棒的最后稳定状态是匀速运动（感应电动势等于电源电动势，回路电流为零）。由于达到稳定速度前的回路电流是逐渐减小的，故在相同时间内发的焦耳热将比导体棒被卡住时少。所以，导体棒动能的增加是以回路焦耳热的减少为代价的。

2、仅受洛仑兹力的带电粒子运动

a、⊥时，匀速圆周运动，半径r = ，周期T =