人教版第十二章   運動和力 復(fù)習(xí)提綱

一、參照物

　　1．定義：為研究物體的運動假定不動的物體叫做參照物。

 　　2．任何物體都可做參照物，通常選擇參照物以研究問題的方便而定。如研究地面上的物體的運動，常選地面或固定于地面上的物體為參照物，在這種情況下參照物可以不提。

 　　3．選擇不同的參照物來觀察同一個物體結(jié)論可能不同。同一個物體是運動還是靜止取決于所選的參照物，這就是運動和靜止的相對性。

 　　4．不能選擇所研究的對象本身作為參照物那樣研究對象總是靜止的。

 　　練習(xí)：

 　　☆詩句“滿眼風(fēng)光多閃爍，看山恰似走來迎，仔細看山山不動，是船行”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參照物分別是船和山。

 　　☆坐在向東行駛的甲汽車里的乘客，看到路旁的樹木向后退去，同時又看到乙汽車也從甲汽車旁向后退去，試說明乙汽車的運動情況。

 　　分三種情況：①乙汽車沒動；②乙汽車向東運動，但速度沒甲快；③乙汽車向西運動。

 　　☆解釋毛澤東《送瘟神》中的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”。

 　　第一句：以地心為參照物，地面繞地心轉(zhuǎn)八萬里。第二句：以月亮或其他天體為參照物在那可看到地球上許多河流。

 　　二、機械運動

 　　定義：物理學(xué)里把物體位置變化叫做機械運動。

 　　特點：機械運動是宇宙中最普遍的現(xiàn)象。

 　　比較物體運動快慢的方法：

 　?、疟容^同時啟程的步行人和騎車人的快慢采用：時間相同路程長則運動快。

 　?、票容^百米運動員快慢采用：路程相同時間短則運動快。

 　?、前倜踪惻苓\動員同萬米運動員比較快慢，采用：比較單位時間內(nèi)通過的路程。實際問題中多用這種方法比較物體運動快慢，物理學(xué)中也采用這種方法描述運動快慢。

 　　練習(xí)：體育課上，甲、乙、丙三位同學(xué)進行百米賽跑，他們的成績分別是14．2S，13．7S，13．9S，則獲得第一名的是    同學(xué)，這里比較三人賽跑快慢最簡便的方法是路程相同時間短運動的快。

 　　分類：（根據(jù)運動路線）⑴曲線運動；⑵直線運動。

 　?、?u>  勻速直線運動：

 　　定義：快慢不變，沿著直線的運動叫勻速直線運動。

 　　定義：在勻速直線運動中，速度等于運動物體在單位時間內(nèi)通過的路程。

 　　物理意義：速度是表示物體運動快慢的物理量。

 　　計算公式：變形，。

 　速度單位：國際單位制中m/s；運輸中單位km/h；兩單位中m/s單位大。

 　　換算：1m/s=3．6km/h。人步行速度約1．1m/s。它表示的物理意義是：人勻速步行時1秒中運動1．1m。

 　　直接測量工具：速度計。

 　　速度圖象：

 　?、?u>  變速運動：

 　　定義：運動速度變化的運動叫變速運動。

　　（求某段路程上的平均速度，必須找出該路程及對應(yīng)的時間）。

 　　物理意義：表示變速運動的平均快慢。

 　　平均速度的測量：原理。

 　　方法：用刻度尺測路程，用停表測時間。從斜面上加速滑下的小車。設(shè)上半段，下半段，全程的平均速度為v1．v2．v 則v2>v>v1。

 　　常識：人步行速度1．1m/s；自行車速度5m/s；大型噴氣客機速度900km/h；客運火車速度140km/h；高速小汽車速度108km/h；光速和無線電波3×108m/s。

 　?、?u>  實驗中數(shù)據(jù)的記錄：

 　　設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格是初中應(yīng)具備的基本能力之一。設(shè)計表格時，要先弄清實驗中直接測量的量和計算的量有哪些，然后再弄清需要記錄的數(shù)據(jù)的組數(shù)，分別作為表格的行和列。根據(jù)需要就可設(shè)計出合理的表格。

　　練習(xí)： 　　某次中長跑測驗中，小明同學(xué)跑1000m，小紅同學(xué)跑800m，測出他兩跑完全程所用的時間分別是4分10秒和三分20秒，請設(shè)計記錄表格，并將他們跑步的路程、時間和平均速度記錄在表格中。

 　　解：表格設(shè)計如下

三、長度的測量

 　　1．長度的測量是物理學(xué)最基本的測量，也是進行科學(xué)探究的基本技能。長度測量的常用的工具是刻度尺。

 　　2．國際單位制中，長度的主單位是m，常用單位有千米（km），分米（dm），厘米（cm），毫米（mm），微米（μm），納米（nm）。

 　　3．主單位與常用單位的換算關(guān)系：

 　　1km=103m；1m=10dm；1dm=10cm；1cm=10mm；1mm=103μm；1m=106μm；1m=109nm；1μm=103nm。

 　　單位換算的過程：口訣：“系數(shù)不變，等量代換”。

 　　4．長度估測：黑板的長度2．5m；課桌高0．7m；籃球直徑24cm；指甲寬度1cm；鉛筆芯的直徑1mm；一只新鉛筆長度1．75dm；手掌寬度1dm；墨水瓶高度6cm。

 　　5．特殊的測量方法：

 　　A、測量細銅絲的直徑、一張紙的厚度等微小量常用累積法（當(dāng)被測長度較小，測量工具精度不夠時可將較小的物體累積起來，用刻度尺測量之后再求得單一長度）

 　　☆如何測物理課本中一張紙的厚度？

 　　答：數(shù)出物理課本若干張紙，記下總張數(shù)n，用毫米刻度尺測出n張紙的厚度L，則一張紙的厚度為L/n。

 　　☆如何測細銅絲的直徑？

 　　答：把細銅絲在鉛筆桿上緊密排繞n圈成螺線管，用刻度尺測出螺線管的長度L，則細銅絲直徑為L/n。

 　　☆兩卷細銅絲，其中一卷上有直徑為0．3mm，而另一卷上標簽已脫落，如果只給你兩只相同的新鉛筆，你能較為準確地弄清它的直徑嗎？寫出操作過程及細銅絲直徑的數(shù)學(xué)表達式。

 　　答：將已知直徑和未知直徑兩卷細銅絲分別緊密排繞在兩只相同的新鉛筆上，且使線圈長度相等，記下排繞圈數(shù)N1和N2，則可計算出未知銅絲的直徑D2=0．3N1／N2mm

 　　B、測地圖上兩點間的距離，圓柱的周長等常用化曲為直法（把不易拉長的軟線重合待測曲線上標出起點終點，然后拉直測量）

 　　☆給你一段軟銅線和一把刻度尺，你能利用地圖冊估測出北京到廣州的鐵路長嗎？

 　　答：用細銅線去重合地圖冊上北京到廣州的鐵路線，再將細銅線拉直，用刻度尺測出長度L查出比例尺，計算出鐵路線的長度。

 　　C、測操場跑道的長度等常用輪滾法（用已知周長的滾輪沿著待測曲線滾動，記下輪子圈數(shù)，可算出曲線長度）

 　　D、測硬幣、球、圓柱的直徑圓錐的高等常用輔助法（對于用刻度尺不能直接測出的物體長度可將刻度尺三角板等組合起來進行測量）

 　　你能想出幾種方法測硬幣的直徑？（簡述）

 　?、僦背呷前遢o助法；②貼折硬幣邊緣用筆畫一圈剪下后對折量出折痕長；③硬幣在紙上滾動一周測周長求直徑；④將硬幣平放直尺上，讀取和硬幣左右相切的兩刻度線之間的長度。

 　　6．刻度尺的使用規(guī)則：

 　　A、“選”：根據(jù)實際需要選擇刻度尺。

 　　B、“觀”：使用刻度尺前要觀察它的零刻度線、量程、分度值。

 　　C、“放”用刻度尺測長度時，尺要沿著所測直線（緊貼物體且不歪斜）。不利用磨損的零刻線。（用零刻線磨損的刻度尺測物體時，要從整刻度開始）

 　　D、“看”：讀數(shù)時視線要與尺面垂直。

 　　E、“讀”：在精確測量時，要估讀到分度值的下一位。

 　　F、“記”：測量結(jié)果由數(shù)字和單位組成。（也可表達為：測量結(jié)果由準確值、估讀值和單位組成）。

 　　練習(xí)：有兩位同學(xué)測同一只鋼筆的長度，甲測得結(jié)果12．82cm，乙測得結(jié)果為12．8cm。如果這兩位同學(xué)測量時都沒有錯誤，那么結(jié)果不同的原因是：兩次刻度尺的分度值不同。如果這兩位同學(xué)所用的刻度尺分度值都是mm，則乙同學(xué)的結(jié)果錯誤。原因是：沒有估讀值。

 　　7．誤差：

 　?。?）定義：測量值和真實值的差異叫誤差。

 　?。?）產(chǎn)生原因：測量工具  測量環(huán)境  人為因素。

 　?。?）減小誤差的方法：多次測量求平均值；用更精密的儀器。

 　?。?）誤差只能減小而不能避免，而錯誤是由于不遵守測量儀器的使用規(guī)則和主觀粗心造成的，是能夠避免的。

 　　四、時間的測量

 　　1．單位：秒（S）。

 　　2．測量工具：古代：日晷、沙漏、滴漏、脈搏等。

 　　現(xiàn)代：機械鐘、石英鐘、電子表等。

 　　五、力的作用效果

 　　1．力的概念：力是物體對物體的作用。

 　　2．力產(chǎn)生的條件：①必須有兩個或兩個以上的物體；②物體間必須有相互作用（可以不接觸）。

 　　3．力的性質(zhì)：物體間力的作用是相互的（相互作用力在任何情況下都是大小相等，方向相反，作用在不同物體上）。兩物體相互作用時，施力物體同時也是受力物體，反之，受力物體同時也是施力物體。

 　　4．力的作用效果：力可以改變物體的運動狀態(tài)；力可以改變物體的形狀。

 　　說明：物體的運動狀態(tài)是否改變一般指：物體的運動快慢是否改變（速度大小的改變）和物體的運動方向是否改變。

 　　5．力的單位：國際單位制中力的單位是牛頓簡稱牛，用N表示。

 　　力的感性認識：拿兩個雞蛋所用的力大約1N。

 　　6．力的測量：

 　?、艤y力計：測量力的大小的工具。

 　?、品诸悾簭椈蓽y力計、握力計。

 　?、菑椈蓽y力計：

 　　A、原理：在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長與所受的拉力成正比。

 　　B、使用方法：“看”：量程、分度值、指針是否指零；“調(diào)”：調(diào)零；“讀”：讀數(shù)=掛鉤受力。

 　　C、注意事項：加在彈簧測力計上的力不許超過它的最大量程。

 　　D、物理實驗中，有些物理量的大小是不宜直接觀察的，但它變化時引起其他物理量的變化卻容易觀察，用容易觀察的量顯示不宜觀察的量，是制作測量儀器的一種思路。這種科學(xué)方法稱做“轉(zhuǎn)換法”。利用這種方法制作的儀器：溫度計、彈簧測力計、壓強計等。

 　　7．力的三要素：力的大小、方向、和作用點。

 　　8．力的表示法：力的示意圖：用一根帶箭頭的線段把力的大小、方向、作用點表示出來，如果沒有大小，可不表示，在同一個圖中，力越大，線段應(yīng)越長。

 　　六、慣性和慣性定律

 　　1．伽利略斜面實驗：

 　?、湃螌嶒炐≤嚩紡男泵骓敹嘶碌哪康氖牵罕ＷC小車開始沿著平面運動的速度相同。

 　　⑵實驗得出得結(jié)論：在同樣條件下，平面越光滑，小車前進地越遠。

 　?、琴だ缘耐普撌牵涸诶硐肭闆r下，如果表面絕對光滑，物體將以恒定不變的速度永遠運動下去。

 　　⑷伽利略斜面實驗的卓越之處不是實驗本身，而是實驗所使用的獨特方法──在實驗的基礎(chǔ)上，進行理想化推理。（也稱作理想化實驗）它標志著物理學(xué)的真正開端。

　　2．牛頓第一定律：

 　　⑴牛頓總結(jié)了伽利略、笛卡兒等人的研究成果，得出了牛頓第一定律，其內(nèi)容是：一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。

 　?、普f明：

 　　A、牛頓第一定律是在大量經(jīng)驗事實的基礎(chǔ)上，通過進一步推理而概括出來的，且經(jīng)受住了實踐的檢驗所以已成為大家公認的力學(xué)基本定律之一。但是，我們周圍不受力是不可能的，因此不可能用實驗來直接證明牛頓第一定律。

 　　B、牛頓第一定律的內(nèi)涵：物體不受力，原來靜止的物體將保持靜止?fàn)顟B(tài)，原來運動的物體，不管原來做什么運動，物體都將做勻速直線運動。

 　　C、牛頓第一定律告訴我們：物體做勻速直線運動可以不需要力，即力與運動狀態(tài)無關(guān)，所以力不是產(chǎn)生或維持運動的原因。

　　3．慣性：

 　?、哦x：物體保持運動狀態(tài)不變的性質(zhì)叫慣性。

 　?、普f明：慣性是物體的一種屬性。一切物體在任何情況下都有慣性，慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體是否受力、受力大小、是否運動、運動速度等皆無關(guān)。

 　　4．慣性與慣性定律的區(qū)別：

 　　A、慣性是物體本身的一種屬性，而慣性定律是物體不受力時遵循的運動規(guī)律。

 　　B、任何物體在任何情況下都有慣性，（即不管物體受不受力、受平衡力還是非平衡力），物體受非平衡力時，慣性表現(xiàn)為“阻礙”運動狀態(tài)的變化；慣性定律成立是有條件的。

 　　☆人們有時要利用慣性，有時要防止慣性帶來的危害，請就以上兩點各舉兩例（不要求解釋）。答：利用：跳遠運動員的助跑；用力可以將石頭甩出很遠；騎自行車蹬幾下后可以讓它滑行。防止：小型客車前排乘客要系安全帶；車輛行使要保持距離；包裝玻璃制品要墊上很厚的泡沫塑料。

 　　七、二力平衡

 　　1．定義：物體在受到兩個力的作用時，如果能保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)稱二力平衡。

 　　2．二力平衡條件：二力作用在同一物體上、大小相等、方向相反、兩個力在一條直線上。

 　　概括：二力平衡條件用四字概括“一、等、反、一”。

 　　3．平衡力與相互作用力比較：

 　　相同點：①大小相等；②方向相反；③作用在一條直線上不同點：平衡力作用在一個物體上可以是不同性質(zhì)的力；相互力作用在不同物體上是相同性質(zhì)的力。

 　　4．力和運動狀態(tài)的關(guān)系：

 　　5．應(yīng)用：應(yīng)用二力平衡條件解題要畫出物體受力示意圖。

 　　畫圖時注意：①先畫重力然后看物體與那些物體接觸，就可能受到這些物體的作用力；②畫圖時還要考慮物體運動狀態(tài)。

二OO八年佳木斯市初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試

物理試卷

考生注意：

1．考試時間120分鐘．

2．全卷共六道大題，總分100分

一、單項選擇題（每小題2分，共24分．每小題只有一個選項是正確的，請把正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）

1．你所答的這張物理試卷放在水平桌面上靜止時，下列說法正確的是（    ）

A．它對桌面的壓力和桌面對它的支持力是平衡力

B．它所受到的合力為零

C．因為它是靜止的，所以沒有受到力的作用

D．因為它受到摩擦力，所以靜止在桌面上

2．下列圖中的現(xiàn)象和做法為了增大壓強的是

3．某同學(xué)對一些物理量進行了估測，其中最接近實際的是（    ）

A．人體正常體溫約為42℃                        B．某初中生的質(zhì)量約為50kg

C．學(xué)生書桌高約200cm                        D．人正常步行速度約為5m／s

4．在日常生活和生產(chǎn)活動中，有時要增大摩擦力，有時又要設(shè)法減小摩擦力，下列四個實例中屬于減小摩擦力的是（    ）

5．關(guān)于光學(xué)器材或設(shè)備，下列說法錯誤的是．（    ）

A．照相機、幻燈機的鏡頭都相當(dāng)于凸透鏡

B．潛望鏡利用了光的反射

C．近視眼是將像成在了視網(wǎng)膜的后面

D．電視機的遙控器可以發(fā)射出紅外線

6．在運動場上常見到這樣一些場景，其中表現(xiàn)出的現(xiàn)象不能用慣性知識解釋的是（    ）

A．短跑運動員跑到終點后不能立即停下來

B．跳遠運動員要助跑一段距離才起跳

C．投擲鉛球時，鉛球離開手后繼續(xù)向前運動

D．跳高運動員跳過后從最高點落向地面

7．對于下列四幅圖中解釋錯誤的是（    ）

8．如圖所示，在倒置的漏斗里放一個乒乓球，用手指托住乒乓球．然后從漏斗口向下用力吹氣，并將手指移開，那么以下分析正確的是（    ）

A．乒乓球會下落，因為其上方氣體流速增大，壓強變小

B．乒乓球會下落，因為其上方氣體流速增大，壓強變大

C．乒乓球不會下落，因為其上方氣體流速增大，壓強變小

D．乒乓球不會下落，因為其上方氣體流速增大，壓強變大

9．如圖所示，在探究串聯(lián)電路中的電壓關(guān)系時，小華同學(xué)用電壓表測出ab、bc、ac兩端的電壓分別為U_ab=2V，U_bc=2V，U_ac=4V，在表格中記錄數(shù)據(jù)后，下一步應(yīng)該做的是（                ）

A．整理器材，結(jié)束實驗

B．分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

C．換用不同規(guī)格的小燈泡，再測出幾組電壓值

D．換用電壓表的另一量程，再測出一組電壓值

10．把標有“6V 3W”和“12V  3W”字樣的兩個燈泡L₁、L₂串聯(lián)在15V的電源上，下列說法正確的是（    ）A．燈L₁正常發(fā)光                                B．燈L₂正常發(fā)光

C．兩燈都能正常發(fā)光                        D．兩燈都不能正常發(fā)光

11．下列做法符合安全用電原則的是（    ）

12．下圖各實驗現(xiàn)象揭示發(fā)電機原理的是（    ）

二、多項選擇題（每小題3分，共9分．每小題有兩個或兩個以上選項是正確的，請把正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)．選項不全但都正確的得1分，有錯誤選項不得分）

13．北京奧運游泳場館“水立方”是世界上唯一一個全由膜結(jié)構(gòu)來進行全封閉的大型公共建筑，它采用的ETFE膜，只有一張牛皮紙厚，捧在手上輕若鴻毛；它可以被拉伸到自身的三到四倍也不會斷裂；它的耐火性、耐熱性也非常出色；此外，即便是冰雹撞擊薄膜的巨響也不能傳遞到場館之內(nèi)，此建筑材材料的特點有（    ）

A．密度小                B．分子間無斥力                        C．熔點高                        D．隔音性較強

14科．下列杠桿中，屬于費力杠桿的是（    ）

15．如圖所示，電源電壓保持不變．當(dāng)閉合開關(guān)后，滑動變阻器的滑片向左移動的過程中，下列說法正確的是（    ）

A．電流表示數(shù)變大，燈泡變亮

B．電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)變大，燈泡變暗

C．電壓表示數(shù)變小，燈泡變亮

D．電流表示數(shù)變小，電壓表示數(shù)變小，燈泡變暗

三、填空題（每小題2分，共24分．將正確答案寫在題中橫線上的空白處）

16．把裝有水深為10cm的茶杯放在水平桌面上，如圖所示，水對杯底的壓強為_______Pa?，F(xiàn)要使水對杯低的壓強增大，可采取的方法是_____（g取10N／kg）

l7．某導(dǎo)體的電阻是2Ω，當(dāng)通過1A電流時，導(dǎo)體的功率是_______W，通電1min時，導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量是_______J

l8．如圖所示，我省運動員王濛在2007-2008年國際短道速滑世界杯的比賽中收獲了兩枚金牌．滑冰時，冰面在冰刀壓力作用下，稍有熔化，由此，你能猜想到冰的熔點可能與_______有關(guān)，這層水的作用跟潤滑油的作用一樣，減小了_______

19．有一潛水艇懸浮在水中，如圖所示．當(dāng)用壓縮空氣把水艙中的水排出一部分時，潛水艇將_______（填“上浮”或“下沉”）．在未露出水面之前，潛水艇所受的浮力將_______．（填“變大”“變小”或“不變”）．

20．雷電是一種劇烈的放電現(xiàn)象，放電時的_______可達十幾萬安，會對建筑物等造成嚴重的破壞．因此，北京奧運場館安裝了防雷電定位系統(tǒng)，它由多個定位儀器組成，可以根據(jù)接收到閃電產(chǎn)生的_______達到不同定位儀的時間差，精確地測定閃電發(fā)生的位置．

21．2008年5月12日我國汶川地區(qū)發(fā)生了8．0級的大地震，給人民群眾造成了重大損失，因為地震產(chǎn)生的聲波屬于_______（填“次聲波”或“超聲波”），所以地震前人們并沒有感知到．倒塌房屋中的一些被困人員，通過敲擊物體使其_______發(fā)出聲音，被及時獲救．

22．通電螺線管上方的小磁針靜止時的指向如圖所示，a端是電源的_______極，c端為通電螺線管的_______極．

23．如圖所示，一個工人用滑輪組提起200N的貨物，所用的拉力是125N，繩子自由端被拉下10m．則有用功是_______J，機械效率是_______

24．為測量待測電阻R_x阻值，小敬設(shè)計了如圖所示的電路，R₀的阻值已知早電源電壓不變，她_______（填“能”或“不能”）測出R_x的阻值，因為_______。

25。如圖所示，凸透鏡的焦距為10cm，保持透鏡位置不變，當(dāng)蠟燭在10cm刻度處時，為了在光屏的中心找到像，應(yīng)調(diào)整光屏的_______，并將光屏向_______方向移動（選填“遠離透鏡”或“靠近透鏡"）．

26．小星家電能表月初的示數(shù)如圖所示，如果他家一個月用了120度電，則月末電能表的示數(shù)應(yīng)為，他家本月應(yīng)交電費．_______元（當(dāng)?shù)仉娰M價格為0．5元／kW．h）

27．小華用電壓表和電流表測量小燈泡的電功率，她用電源電壓恒為3V的電池組，額定電壓為2．5V的小燈泡等元件連成如圖所示的電路．．實驗中，小華調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)為2．5V時，小燈泡卻不能正常發(fā)光．請分析：在不改變電路連接情況下，當(dāng)電壓表示數(shù)為_______V時，小燈泡正常發(fā)光，若此時電流為0.3A，則該小燈泡的額定功率為_______W．

四、實驗與探究題（28題5分，29題5分，30題8分，共18分）

28．小紅同學(xué)在做“探究平面鏡成像”的實驗時，將一塊玻璃板豎直架在水平臺上，再取兩段完全相同的蠟燭A和B，點燃玻璃板前的蠟燭A，進行觀察，如圖所示，在此實驗中：

（1）小紅選擇玻璃板代替鏡子進行實驗的目的是_______．

（2）所用刻度尺的作用是便于比較像與物_______關(guān)系．

（3）選取兩段完全相同的蠟燭是為了比較像與物的_______關(guān)系．

（4）移去后面的蠟燭B，并在其所在位置上放一光屏，則光屏上_______接收到蠟燭燭焰的像（選填“能”或“不能"）．

（5）小紅將蠟燭逐漸遠離玻璃板時，它的像_______（填“變大”、“變小”或“不變”）．

29．今年6月8日是我國的傳統(tǒng)節(jié)日——端午節(jié)，法定放假一天．早晨小星正在吃媽媽煮的雞蛋，忽然想到熟雞蛋的密度有多大呢？他決定利用身邊現(xiàn)有的彈簧測力計、水、水杯、線等器材，自己動手進行測量．請你簡述他的實驗步驟．

雞蛋的密度表達式ρ=_______

請對小星的實驗過程提出兩點注意事項：

①_______

②_______

30．我們已進行過“探究歐姆定律”的實驗，請回答下列問題。

（1）請在圖甲中把余下部分的電路用筆劃線代替導(dǎo)線連接好．

（2）在某次測量中，電流表的示數(shù)如圖乙，值為_______A．

（3）丙、丁兩圖是某實驗小組在探究過程中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的圖象，其中表示電阻不變，電流隨電壓變化的圖象是_______（填“丙”或“丁”）．

（4）在探究電阻一定時，電阻上的電流跟兩端電壓的關(guān)系的過程中，使用滑動變阻器的目的是_______和_______．

（5）有同學(xué)想利用圖甲的實驗原理測“220V 40W”的白熾燈的額定功率，如果要使實驗可行，請對原理圖中實驗器材的規(guī)格提出一條合理的要求．

【答題示例】：電壓表的量程至少要220V．

答：_______．

如果在家里做測白熾燈功率的實驗，因家里一般沒有電壓表和電流表，所以可以利用家庭中都有的_______和_______測量更方便．

五、分析與簡答題（每小題5分，共10分）

31．閱讀短文，回答下列問題

2007年10月24日l8時05分，中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，嫦娥一號衛(wèi)星從這里開始自己的奔月之旅，開啟了中國深空探測的新里程。

嫦娥一號衛(wèi)星由長征三號甲運載火箭送入到運行周期約為16小時，近地點200公里，遠地點51000公里的軌道，星箭分離后，先在這條軌道運行兩圈，在這個期間將在遠地點作一次小的軌道變軌，將近地點抬高到600公里，在16小時軌道上運行第三圈到達近地點進行第一次大的軌道變軌，將軌道周期變?yōu)?4小時。在軌道上運行三圈，再次到達近地點，作第二次大軌道變軌，將軌道周期增加到48小時。

嫦娥一號衛(wèi)星在這三條大橢圓軌道上運行共7天，當(dāng)它在調(diào)相軌道運行結(jié)束到達近地點時，再做第三次大的軌道變軌，使衛(wèi)星進入地月轉(zhuǎn)移軌道，隨后嫦娥一號衛(wèi)星將沿著這條軌道飛向月球。

（1）就你觀察圖片和文中所提供的相關(guān)信息，提出兩個與物理知識有關(guān)的問題，并解答．

【答題示例】問題：火箭在升空過程中為什么會越來越快？

回答：力可以改變物體的運動狀態(tài)．

問題1：_______

回答：_______

問題2：_______

回答：_______

（2）衛(wèi)星與火箭脫離后，嫦娥一號衛(wèi)星打開太陽能帆板，其作用是什么？

32．“燉”菜是佳木斯人喜歡的一道美食，最好的“燉”菜是應(yīng)用煮食法，即把湯料和水置于燉盅內(nèi)，而燉盅則浸在大煲的水中，并用蒸架把盅和煲底隔離，如圖所示，當(dāng)煲中的水沸騰后，盅內(nèi)的湯水是否能沸騰？為什么？（設(shè)湯水的沸點與水的沸點相同）

六、綜合運用題（33題8分，39題7分，共15分）

33．如圖，質(zhì)量為800kg的小轎車，每個輪胎與地面的接觸面積為200cm²．

（1）小轎車對水平地面的壓強是多大？（g取10N／kg）

（2）該車在水平公路上勻速直線行駛18krn，用了10min．如果小轎車的功率為60kw，求它的速度和牽引力各是多大？

（3、行駛的車輛對環(huán)境產(chǎn)生哪些污染？（至少寫一條）

（4）為了減小污染，請你提出一條合理的建議．

34．我們生活的佳木斯地區(qū)，到了冬季，因日照時問短，太陽能熱水器的水達不到所需溫度，為此人們研制了太陽能、電能兩用熱水器．大鵬家最近就安裝了一臺這樣的兩用熱水器，如圖所示，銘牌如下：

（1）太陽能熱水器貯滿水，水溫從20℃加熱到50℃時需要吸收多少熱量？（1L=10^-3m³）

（2）大鵬將水箱裝滿水，只使用電加熱器將水從20℃加熱到50℃時，需加熱器正常工作多長時間？（設(shè)電能全部轉(zhuǎn)化為熱能）

（3）在上述（2）情況下，加熱器正常工作實際用了3小時，則此熱水器的效率為多少？

（4）僅就太陽能熱水器與電熱水器相比有哪些優(yōu)點？（寫出一條即可）

第八部分 靜電場

第一講 基本知識介紹

在奧賽考綱中，靜電學(xué)知識點數(shù)目不算多，總數(shù)和高考考綱基本相同，但在個別知識點上，奧賽的要求顯然更加深化了：如非勻強電場中電勢的計算、電容器的連接和靜電能計算、電介質(zhì)的極化等。在處理物理問題的方法上，對無限分割和疊加原理提出了更高的要求。

如果把靜電場的問題分為兩部分，那就是電場本身的問題、和對場中帶電體的研究，高考考綱比較注重第二部分中帶電粒子的運動問題，而奧賽考綱更注重第一部分和第二部分中的靜態(tài)問題。也就是說，奧賽關(guān)注的是電場中更本質(zhì)的內(nèi)容，關(guān)注的是縱向的深化和而非橫向的綜合。

一、電場強度

1、實驗定律

a、庫侖定律

內(nèi)容；

條件：⑴點電荷，⑵真空，⑶點電荷靜止或相對靜止。事實上，條件⑴和⑵均不能視為對庫侖定律的限制，因為疊加原理可以將點電荷之間的靜電力應(yīng)用到一般帶電體，非真空介質(zhì)可以通過介電常數(shù)將k進行修正（如果介質(zhì)分布是均勻和“充分寬廣”的，一般認為k′= k /ε_r）。只有條件⑶，它才是靜電學(xué)的基本前提和出發(fā)點（但這一點又是常常被忽視和被不恰當(dāng)?shù)亍熬C合應(yīng)用”的）。

b、電荷守恒定律

c、疊加原理

2、電場強度

a、電場強度的定義

電場的概念；試探電荷（檢驗電荷）；定義意味著一種適用于任何電場的對電場的檢測手段；電場線是抽象而直觀地描述電場有效工具（電場線的基本屬性）。

b、不同電場中場強的計算

決定電場強弱的因素有兩個：場源（帶電量和帶電體的形狀）和空間位置。這可以從不同電場的場強決定式看出——

⑴點電荷：E = k

結(jié)合點電荷的場強和疊加原理，我們可以求出任何電場的場強，如——

⑵均勻帶電環(huán)，垂直環(huán)面軸線上的某點P：E = ，其中r和R的意義見圖7-1。

⑶均勻帶電球殼

內(nèi)部：E_內(nèi) = 0

外部：E_外 = k ，其中r指考察點到球心的距離

如果球殼是有厚度的的（內(nèi)徑R₁ 、外徑R₂），在殼體中（R₁＜r＜R₂）：

E =  ，其中ρ為電荷體密度。這個式子的物理意義可以參照萬有引力定律當(dāng)中（條件部分）的“剝皮法則”理解〔即為圖7-2中虛線以內(nèi)部分的總電量…〕。

⑷無限長均勻帶電直線（電荷線密度為λ）：E = 

⑸無限大均勻帶電平面（電荷面密度為σ）：E = 2πkσ

二、電勢

1、電勢：把一電荷從P點移到參考點P₀時電場力所做的功W與該電荷電量q的比值，即

U = 

參考點即電勢為零的點，通常取無窮遠或大地為參考點。

和場強一樣，電勢是屬于場本身的物理量。W則為電荷的電勢能。

2、典型電場的電勢

a、點電荷

以無窮遠為參考點，U = k

b、均勻帶電球殼

以無窮遠為參考點，U_外 = k ，U_內(nèi) = k

3、電勢的疊加

由于電勢的是標量，所以電勢的疊加服從代數(shù)加法。很顯然，有了點電荷電勢的表達式和疊加原理，我們可以求出任何電場的電勢分布。

4、電場力對電荷做功

W_AB = q（U_A － U_B）= qU_AB 

三、靜電場中的導(dǎo)體

靜電感應(yīng)→靜電平衡（狹義和廣義）→靜電屏蔽

1、靜電平衡的特征可以總結(jié)為以下三層含義——

a、導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為零；表面的合場強不為零且一般各處不等，表面的合場強方向總是垂直導(dǎo)體表面。

b、導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面。

c、導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷；孤立導(dǎo)體的凈電荷在表面的分布情況取決于導(dǎo)體表面的曲率。

2、靜電屏蔽

導(dǎo)體殼（網(wǎng)罩）不接地時，可以實現(xiàn)外部對內(nèi)部的屏蔽，但不能實現(xiàn)內(nèi)部對外部的屏蔽；導(dǎo)體殼（網(wǎng)罩）接地后，既可實現(xiàn)外部對內(nèi)部的屏蔽，也可實現(xiàn)內(nèi)部對外部的屏蔽。

四、電容

1、電容器

孤立導(dǎo)體電容器→一般電容器

2、電容

a、定義式 C = 

b、決定式。決定電容器電容的因素是：導(dǎo)體的形狀和位置關(guān)系、絕緣介質(zhì)的種類，所以不同電容器有不同的電容

⑴平行板電容器 C =  =  ，其中ε為絕對介電常數(shù)（真空中ε₀ =  ，其它介質(zhì)中ε= ），ε_r則為相對介電常數(shù)，ε_r =  。

⑵柱形電容器：C = 

⑶球形電容器：C = 

3、電容器的連接

a、串聯(lián)  = +++ … +

b、并聯(lián) C = C₁ + C₂ + C₃ + … + C_n 

4、電容器的能量

用圖7-3表征電容器的充電過程，“搬運”電荷做功W就是圖中陰影的面積，這也就是電容器的儲能E ，所以

E = q₀U₀ = C = 

電場的能量。電容器儲存的能量究竟是屬于電荷還是屬于電場？正確答案是后者，因此，我們可以將電容器的能量用場強E表示。

對平行板電容器 E_總 = E² 

認為電場能均勻分布在電場中，則單位體積的電場儲能 w = E² 。而且，這以結(jié)論適用于非勻強電場。

五、電介質(zhì)的極化

1、電介質(zhì)的極化

a、電介質(zhì)分為兩類：無極分子和有極分子，前者是指在沒有外電場時每個分子的正、負電荷“重心”彼此重合（如氣態(tài)的H₂ 、O₂ 、N₂和CO₂），后者則反之（如氣態(tài)的H₂O 、SO₂和液態(tài)的水硝基笨）

b、電介質(zhì)的極化：當(dāng)介質(zhì)中存在外電場時，無極分子會變?yōu)橛袠O分子，有極分子會由原來的雜亂排列變成規(guī)則排列，如圖7-4所示。

2、束縛電荷、自由電荷、極化電荷與宏觀過剩電荷

a、束縛電荷與自由電荷：在圖7-4中，電介質(zhì)左右兩端分別顯現(xiàn)負電和正電，但這些電荷并不能自由移動，因此稱為束縛電荷，除了電介質(zhì)，導(dǎo)體中的原子核和內(nèi)層電子也是束縛電荷；反之，能夠自由移動的電荷稱為自由電荷。事實上，導(dǎo)體中存在束縛電荷與自由電荷，絕緣體中也存在束縛電荷和自由電荷，只是它們的比例差異較大而已。

b、極化電荷是更嚴格意義上的束縛電荷，就是指圖7-4中電介質(zhì)兩端顯現(xiàn)的電荷。而宏觀過剩電荷是相對極化電荷來說的，它是指可以自由移動的凈電荷。宏觀過剩電荷與極化電荷的重要區(qū)別是：前者能夠用來沖放電，也能用儀表測量，但后者卻不能。

第二講 重要模型與專題

一、場強和電場力

【物理情形1】試證明：均勻帶電球殼內(nèi)部任意一點的場強均為零。

【模型分析】這是一個疊加原理應(yīng)用的基本事例。

如圖7-5所示，在球殼內(nèi)取一點P ，以P為頂點做兩個對頂?shù)?、頂角很小的錐體，錐體與球面相交得到球面上的兩個面元ΔS₁和ΔS₂ ，設(shè)球面的電荷面密度為σ，則這兩個面元在P點激發(fā)的場強分別為

ΔE₁ = k

ΔE₂ = k

為了弄清ΔE₁和ΔE₂的大小關(guān)系，引進錐體頂部的立體角ΔΩ ，顯然

 = ΔΩ = 

所以 ΔE₁ = k ，ΔE₂ = k ，即：ΔE₁ = ΔE₂ ，而它們的方向是相反的，故在P點激發(fā)的合場強為零。

同理，其它各個相對的面元ΔS₃和ΔS₄ 、ΔS₅和ΔS₆ … 激發(fā)的合場強均為零。原命題得證。

【模型變換】半徑為R的均勻帶電球面，電荷的面密度為σ，試求球心處的電場強度。

【解析】如圖7-6所示，在球面上的P處取一極小的面元ΔS ，它在球心O點激發(fā)的場強大小為

ΔE = k ，方向由P指向O點。

無窮多個這樣的面元激發(fā)的場強大小和ΔS激發(fā)的完全相同，但方向各不相同，它們矢量合成的效果怎樣呢？這里我們要大膽地預(yù)見——由于由于在x方向、y方向上的對稱性，Σ = Σ = 0 ，最后的ΣE = ΣE_z ，所以先求

ΔE_z = ΔEcosθ= k ，而且ΔScosθ為面元在xoy平面的投影，設(shè)為ΔS′

所以 ΣE_z = ΣΔS′

而 ΣΔS′= πR² 

【答案】E = kπσ ，方向垂直邊界線所在的平面。

〖學(xué)員思考〗如果這個半球面在yoz平面的兩邊均勻帶有異種電荷，面密度仍為σ，那么，球心處的場強又是多少？

〖推薦解法〗將半球面看成4個球面，每個球面在x、y、z三個方向上分量均為 kπσ，能夠?qū)ΨQ抵消的將是y、z兩個方向上的分量，因此ΣE = ΣE_x …

〖答案〗大小為kπσ，方向沿x軸方向（由帶正電的一方指向帶負電的一方）。

【物理情形2】有一個均勻的帶電球體，球心在O點，半徑為R ，電荷體密度為ρ ，球體內(nèi)有一個球形空腔，空腔球心在O′點，半徑為R′，= a ，如圖7-7所示，試求空腔中各點的場強。

【模型分析】這里涉及兩個知識的應(yīng)用：一是均勻帶電球體的場強定式（它也是來自疊加原理，這里具體用到的是球體內(nèi)部的結(jié)論，即“剝皮法則”），二是填補法。

將球體和空腔看成完整的帶正電的大球和帶負電（電荷體密度相等）的小球的集合，對于空腔中任意一點P ，設(shè) = r₁ ， = r₂ ，則大球激發(fā)的場強為

E₁ = k = kρπr₁ ，方向由O指向P

“小球”激發(fā)的場強為

E₂ = k = kρπr₂ ，方向由P指向O′

E₁和E₂的矢量合成遵從平行四邊形法則，ΣE的方向如圖。又由于矢量三角形PE₁ΣE和空間位置三角形OP O′是相似的，ΣE的大小和方向就不難確定了。

【答案】恒為kρπa ，方向均沿O → O′，空腔里的電場是勻強電場。

〖學(xué)員思考〗如果在模型2中的OO′連線上O′一側(cè)距離O為b（b＞R）的地方放一個電量為q的點電荷，它受到的電場力將為多大？

〖解說〗上面解法的按部就班應(yīng)用…

〖答〗πkρq〔?〕。

二、電勢、電量與電場力的功

【物理情形1】如圖7-8所示，半徑為R的圓環(huán)均勻帶電，電荷線密度為λ，圓心在O點，過圓心跟環(huán)面垂直的軸線上有P點， = r ，以無窮遠為參考點，試求P點的電勢U_P 。

【模型分析】這是一個電勢標量疊加的簡單模型。先在圓環(huán)上取一個元段ΔL ，它在P點形成的電勢

ΔU = k

環(huán)共有段，各段在P點形成的電勢相同，而且它們是標量疊加。

【答案】U_P = 

〖思考〗如果上題中知道的是環(huán)的總電量Q ，則U_P的結(jié)論為多少？如果這個總電量的分布不是均勻的，結(jié)論會改變嗎？

〖答〗U_P =  ；結(jié)論不會改變。

〖再思考〗將環(huán)換成半徑為R的薄球殼，總電量仍為Q ，試問：（1）當(dāng)電量均勻分布時，球心電勢為多少？球內(nèi)（包括表面）各點電勢為多少？（2）當(dāng)電量不均勻分布時，球心電勢為多少？球內(nèi)（包括表面）各點電勢為多少？

〖解說〗（1）球心電勢的求解從略；

球內(nèi)任一點的求解參看圖7-5

ΔU₁ = k= k·= kσΔΩ

ΔU₂ = kσΔΩ

它們代數(shù)疊加成 ΔU = ΔU₁ + ΔU₂ = kσΔΩ

而 r₁ + r₂ = 2Rcosα

所以 ΔU = 2RkσΔΩ

所有面元形成電勢的疊加 ΣU = 2RkσΣΔΩ

注意：一個完整球面的ΣΔΩ = 4π（單位：球面度sr），但作為對頂?shù)腻F角，ΣΔΩ只能是2π ，所以——

ΣU = 4πRkσ= k

（2）球心電勢的求解和〖思考〗相同；

球內(nèi)任一點的電勢求解可以從（1）問的求解過程得到結(jié)論的反證。

〖答〗（1）球心、球內(nèi)任一點的電勢均為k ；（2）球心電勢仍為k ，但其它各點的電勢將隨電量的分布情況的不同而不同（內(nèi)部不再是等勢體，球面不再是等勢面）。

【相關(guān)應(yīng)用】如圖7-9所示，球形導(dǎo)體空腔內(nèi)、外壁的半徑分別為R₁和R₂ ，帶有凈電量+q ，現(xiàn)在其內(nèi)部距球心為r的地方放一個電量為+Q的點電荷，試求球心處的電勢。

【解析】由于靜電感應(yīng)，球殼的內(nèi)、外壁形成兩個帶電球殼。球心電勢是兩個球殼形成電勢、點電荷形成電勢的合效果。

根據(jù)靜電感應(yīng)的嘗試，內(nèi)壁的電荷量為－Q ，外壁的電荷量為+Q+q ，雖然內(nèi)壁的帶電是不均勻的，根據(jù)上面的結(jié)論，其在球心形成的電勢仍可以應(yīng)用定式，所以…

【答案】U_o = k － k + k 。

〖反饋練習(xí)〗如圖7-10所示，兩個極薄的同心導(dǎo)體球殼A和B，半徑分別為R_A和R_B ，現(xiàn)讓A殼接地，而在B殼的外部距球心d的地方放一個電量為+q的點電荷。試求：（1）A球殼的感應(yīng)電荷量；（2）外球殼的電勢。

〖解說〗這是一個更為復(fù)雜的靜電感應(yīng)情形，B殼將形成圖示的感應(yīng)電荷分布（但沒有凈電量），A殼的情形未畫出（有凈電量），它們的感應(yīng)電荷分布都是不均勻的。

此外，我們還要用到一個重要的常識：接地導(dǎo)體（A殼）的電勢為零。但值得注意的是，這里的“為零”是一個合效果，它是點電荷q 、A殼、B殼（帶同樣電荷時）單獨存在時在A中形成的的電勢的代數(shù)和，所以，當(dāng)我們以球心O點為對象，有

U_O = k + k + k = 0

Q_B應(yīng)指B球殼上的凈電荷量，故 Q_B = 0

所以 Q_A = －q

☆學(xué)員討論：A殼的各處電勢均為零，我們的方程能不能針對A殼表面上的某點去列？（答：不能，非均勻帶電球殼的球心以外的點不能應(yīng)用定式?。?/p>

基于剛才的討論，求B的電勢時也只能求B的球心的電勢（獨立的B殼是等勢體，球心電勢即為所求）——

U_B = k + k

〖答〗（1）Q_A = －q ；（2）U_B = k(1－) 。

【物理情形2】圖7-11中，三根實線表示三根首尾相連的等長絕緣細棒，每根棒上的電荷分布情況與絕緣棒都換成導(dǎo)體棒時完全相同。點A是Δabc的中心，點B則與A相對bc棒對稱，且已測得它們的電勢分別為U_A和U_B 。試問：若將ab棒取走，A、B兩點的電勢將變?yōu)槎嗌伲?/p>

【模型分析】由于細棒上的電荷分布既不均勻、三根細棒也沒有構(gòu)成環(huán)形，故前面的定式不能直接應(yīng)用。若用元段分割→疊加，也具有相當(dāng)?shù)睦щy。所以這里介紹另一種求電勢的方法。

每根細棒的電荷分布雖然復(fù)雜，但相對各自的中點必然是對稱的，而且三根棒的總電量、分布情況彼此必然相同。這就意味著：①三棒對A點的電勢貢獻都相同（可設(shè)為U₁）；②ab棒、ac棒對B點的電勢貢獻相同（可設(shè)為U₂）；③bc棒對A、B兩點的貢獻相同（為U₁）。

所以，取走ab前  3U₁ = U_A

                 2U₂ + U₁ = U_B

取走ab后，因三棒是絕緣體，電荷分布不變，故電勢貢獻不變，所以

  U_A′= 2U₁

                 U_B′= U₁ + U₂

【答案】U_A′= U_A ；U_B′= U_A + U_B 。

〖模型變換〗正四面體盒子由彼此絕緣的四塊導(dǎo)體板構(gòu)成，各導(dǎo)體板帶電且電勢分別為U₁ 、U₂ 、U₃和U₄ ，則盒子中心點O的電勢U等于多少？

〖解說〗此處的四塊板子雖然位置相對O點具有對稱性，但電量各不相同，因此對O點的電勢貢獻也不相同，所以應(yīng)該想一點辦法——

我們用“填補法”將電量不對稱的情形加以改觀：先將每一塊導(dǎo)體板復(fù)制三塊，作成一個正四面體盒子，然后將這四個盒子位置重合地放置——構(gòu)成一個有四層壁的新盒子。在這個新盒子中，每個壁的電量將是完全相同的（為原來四塊板的電量之和）、電勢也完全相同（為U₁ + U₂ + U₃ + U₄），新盒子表面就構(gòu)成了一個等勢面、整個盒子也是一個等勢體，故新盒子的中心電勢為

U′= U₁ + U₂ + U₃ + U₄ 

最后回到原來的單層盒子，中心電勢必為 U =  U′

〖答〗U = （U₁ + U₂ + U₃ + U₄）。

☆學(xué)員討論：剛才的這種解題思想是否適用于“物理情形2”？（答：不行，因為三角形各邊上電勢雖然相等，但中點的電勢和邊上的并不相等。）

〖反饋練習(xí)〗電荷q均勻分布在半球面ACB上，球面半徑為R ，CD為通過半球頂點C和球心O的軸線，如圖7-12所示。P、Q為CD軸線上相對O點對稱的兩點，已知P點的電勢為U_P ，試求Q點的電勢U_Q 。

〖解說〗這又是一個填補法的應(yīng)用。將半球面補成完整球面，并令右邊內(nèi)、外層均勻地帶上電量為q的電荷，如圖7-12所示。

從電量的角度看，右半球面可以看作不存在，故這時P、Q的電勢不會有任何改變。

而換一個角度看，P、Q的電勢可以看成是兩者的疊加：①帶電量為2q的完整球面；②帶電量為－q的半球面。

考查P點，U_P = k + U_半球面

其中 U_半球面顯然和為填補時Q點的電勢大小相等、符號相反，即 U_半球面= －U_Q 

以上的兩個關(guān)系已經(jīng)足以解題了。

〖答〗U_Q = k － U_P 。

【物理情形3】如圖7-13所示，A、B兩點相距2L ，圓弧是以B為圓心、L為半徑的半圓。A處放有電量為q的電荷，B處放有電量為－q的點電荷。試問：（1）將單位正電荷從O點沿移到D點，電場力對它做了多少功？（2）將單位負電荷從D點沿AB的延長線移到無窮遠處去，電場力對它做多少功？

【模型分析】電勢疊加和關(guān)系W_AB = q（U_A － U_B）= qU_AB的基本應(yīng)用。

U_O = k + k = 0

U_D = k + k = －

U_∞ = 0

再用功與電勢的關(guān)系即可。

【答案】（1）；（2）。 

【相關(guān)應(yīng)用】在不計重力空間，有A、B兩個帶電小球，電量分別為q₁和q₂ ，質(zhì)量分別為m₁和m₂ ，被固定在相距L的兩點。試問：（1）若解除A球的固定，它能獲得的最大動能是多少？（2）若同時解除兩球的固定，它們各自的獲得的最大動能是多少？（3）未解除固定時，這個系統(tǒng)的靜電勢能是多少？

【解說】第（1）問甚間；第（2）問在能量方面類比反沖裝置的能量計算，另啟用動量守恒關(guān)系；第（3）問是在前兩問基礎(chǔ)上得出的必然結(jié)論…（這里就回到了一個基本的觀念斧正：勢能是屬于場和場中物體的系統(tǒng)，而非單純屬于場中物體——這在過去一直是被忽視的。在兩個點電荷的環(huán)境中，我們通常說“兩個點電荷的勢能”是多少。）

【答】（1）k；（2）E_k1 = k ，E_k2 = k；（3）k 。

〖思考〗設(shè)三個點電荷的電量分別為q₁ 、q₂和q₃ ，兩兩相距為r₁₂ 、r₂₃和r₃₁ ，則這個點電荷系統(tǒng)的靜電勢能是多少？

〖解〗略。

〖答〗k（++）。

〖反饋應(yīng)用〗如圖7-14所示，三個帶同種電荷的相同金屬小球，每個球的質(zhì)量均為m 、電量均為q ，用長度為L的三根絕緣輕繩連接著，系統(tǒng)放在光滑、絕緣的水平面上。現(xiàn)將其中的一根繩子剪斷，三個球?qū)㈤_始運動起來，試求中間這個小球的最大速度。

〖解〗設(shè)剪斷的是1、3之間的繩子，動力學(xué)分析易知，2球獲得最大動能時，1、2之間的繩子與2、3之間的繩子剛好應(yīng)該在一條直線上。而且由動量守恒知，三球不可能有沿繩子方向的速度。設(shè)2球的速度為v ，1球和3球的速度為v′，則

動量關(guān)系 mv + 2m v′= 0

能量關(guān)系 3k = 2 k + k + mv² + 2m

解以上兩式即可的v值。

〖答〗v = q 。

三、電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)

【物理情形】兩塊平行放置的很大的金屬薄板A和B，面積都是S ，間距為d（d遠小于金屬板的線度），已知A板帶凈電量+Q₁ ，B板帶盡電量+Q₂ ，且Q₂＜Q₁ ，試求：（1）兩板內(nèi)外表面的電量分別是多少；（2）空間各處的場強；（3）兩板間的電勢差。

【模型分析】由于靜電感應(yīng)，A、B兩板的四個平面的電量將呈現(xiàn)一定規(guī)律的分布（金屬板雖然很薄，但內(nèi)部合場強為零的結(jié)論還是存在的）；這里應(yīng)注意金屬板“很大”的前提條件，它事實上是指物理無窮大，因此，可以應(yīng)用無限大平板的場強定式。

為方便解題，做圖7-15，忽略邊緣效應(yīng)，四個面的電荷分布應(yīng)是均勻的，設(shè)四個面的電荷面密度分別為σ₁ 、σ₂ 、σ₃和σ₄ ，顯然

（σ₁ + σ₂）S = Q₁ 

（σ₃ + σ₄）S = Q₂ 

A板內(nèi)部空間場強為零，有 2πk（σ₁ ? σ₂ ? σ₃ ? σ₄）= 0

A板內(nèi)部空間場強為零，有 2πk（σ₁ + σ₂ + σ₃ ? σ₄）= 0

解以上四式易得 σ₁ = σ₄ = 

               σ₂ = ?σ₃ = 

有了四個面的電荷密度，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ空間的場強就好求了〔如E_Ⅱ =2πk（σ₁ + σ₂ ? σ₃ ? σ₄）= 2πk〕。

最后，U_AB = E_Ⅱd

【答案】（1）A板外側(cè)電量、A板內(nèi)側(cè)電量，B板內(nèi)側(cè)電量?、B板外側(cè)電量；（2）A板外側(cè)空間場強2πk，方向垂直A板向外，A、B板之間空間場強2πk，方向由A垂直指向B，B板外側(cè)空間場強2πk，方向垂直B板向外；（3）A、B兩板的電勢差為2πkd，A板電勢高。

〖學(xué)員思考〗如果兩板帶等量異號的凈電荷，兩板的外側(cè)空間場強等于多少？（答：為零。）

〖學(xué)員討論〗（原模型中）作為一個電容器，它的“電量”是多少（答：）？如果在板間充滿相對介電常數(shù)為ε_r的電介質(zhì)，是否會影響四個面的電荷分布（答：不會）？是否會影響三個空間的場強（答：只會影響Ⅱ空間的場強）？

〖學(xué)員討論〗（原模型中）我們是否可以求出A、B兩板之間的靜電力？〔答：可以；以A為對象，外側(cè)受力·（方向相左），內(nèi)側(cè)受力·（方向向右），它們合成即可，結(jié)論為F = Q₁Q₂ ，排斥力?！?/p>

【模型變換】如圖7-16所示，一平行板電容器，極板面積為S ，其上半部為真空，而下半部充滿相對介電常數(shù)為ε_r的均勻電介質(zhì)，當(dāng)兩極板分別帶上+Q和?Q的電量后，試求：（1）板上自由電荷的分布；（2）兩板之間的場強；（3）介質(zhì)表面的極化電荷。

【解說】電介質(zhì)的充入雖然不能改變內(nèi)表面的電量總數(shù)，但由于改變了場強，故對電荷的分布情況肯定有影響。設(shè)真空部分電量為Q₁ ，介質(zhì)部分電量為Q₂ ，顯然有

Q₁ + Q₂ = Q

兩板分別為等勢體，將電容器看成上下兩個電容器的并聯(lián)，必有

U₁ = U₂ 即  =  ，即  = 

解以上兩式即可得Q₁和Q₂ 。

場強可以根據(jù)E = 關(guān)系求解，比較常規(guī)（上下部分的場強相等）。

上下部分的電量是不等的，但場強居然相等，這怎么解釋？從公式的角度看，E = 2πkσ（單面平板），當(dāng)k 、σ同時改變，可以保持E不變，但這是一種結(jié)論所展示的表象。從內(nèi)在的角度看，k的改變正是由于極化電荷的出現(xiàn)所致，也就是說，極化電荷的存在相當(dāng)于在真空中形成了一個新的電場，正是這個電場與自由電荷（在真空中）形成的電場疊加成為E₂ ，所以

E₂ = 4πk（σ ? σ′）= 4πk（ ? ）

請注意：①這里的σ′和Q′是指極化電荷的面密度和總量；② E = 4πkσ的關(guān)系是由兩個帶電面疊加的合效果。

【答案】（1）真空部分的電量為Q ，介質(zhì)部分的電量為Q ；（2）整個空間的場強均為 ；（3）Q 。

〖思考應(yīng)用〗一個帶電量為Q的金屬小球，周圍充滿相對介電常數(shù)為ε_r的均勻電介質(zhì)，試求與與導(dǎo)體表面接觸的介質(zhì)表面的極化電荷量。

〖解〗略。

〖答〗Q′= Q 。

四、電容器的相關(guān)計算

【物理情形1】由許多個電容為C的電容器組成一個如圖7-17所示的多級網(wǎng)絡(luò)，試問：（1）在最后一級的右邊并聯(lián)一個多大電容C′，可使整個網(wǎng)絡(luò)的A、B兩端電容也為C′？（2）不接C′，但無限地增加網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)，整個網(wǎng)絡(luò)A、B兩端的總電容是多少？

【模型分析】這是一個練習(xí)電容電路簡化基本事例。

第（1）問中，未給出具體級數(shù)，一般結(jié)論應(yīng)適用特殊情形：令級數(shù)為1 ，于是

 +  =  解C′即可。

第（2）問中，因為“無限”，所以“無限加一級后仍為無限”，不難得出方程

 +  = 

【答案】（1）C ；（2）C 。

【相關(guān)模型】在圖7-18所示的電路中，已知C₁ = C₂ = C₃ = C₉ = 1μF ，C₄ = C₅ = C₆ = C₇ = 2μF ，C₈ = C₁₀ = 3μF ，試求A、B之間的等效電容。

【解說】對于既非串聯(lián)也非并聯(lián)的電路，需要用到一種“Δ→Y型變換”，參見圖7-19，根據(jù)三個端點之間的電容等效，容易得出定式——

Δ→Y型：C_a = 

          C_b = 

          C_c = 

Y→Δ型：C₁ = 

         C₂ = 

         C₃ = 

有了這樣的定式后，我們便可以進行如圖7-20所示的四步電路簡化（為了方便，電容不宜引進新的符號表達，而是直接將變換后的量值標示在圖中）——

【答】約2.23μF 。

【物理情形2】如圖7-21所示的電路中，三個電容器完全相同，電源電動勢ε₁ = 3.0V ，ε₂ = 4.5V，開關(guān)K₁和K₂接通前電容器均未帶電，試求K₁和K₂接通后三個電容器的電壓U_ao 、U_bo和U_co各為多少。

【解說】這是一個考查電容器電路的基本習(xí)題，解題的關(guān)鍵是要抓與o相連的三塊極板（俗稱“孤島”）的總電量為零。

電量關(guān)系：++= 0

電勢關(guān)系：ε₁ = U_ao + U_ob = U_ao ? U_bo 

          ε₂ = U_bo + U_oc = U_bo ? U_co 

解以上三式即可。

【答】U_ao = 3.5V ，U_bo = 0.5V ，U_co = ?4.0V 。

【伸展應(yīng)用】如圖7-22所示，由n個單元組成的電容器網(wǎng)絡(luò)，每一個單元由三個電容器連接而成，其中有兩個的電容為3C ，另一個的電容為3C 。以a、b為網(wǎng)絡(luò)的輸入端，a′、b′為輸出端，今在a、b間加一個恒定電壓U ，而在a′b′間接一個電容為C的電容器，試求：（1）從第k單元輸入端算起，后面所有電容器儲存的總電能；（2）若把第一單元輸出端與后面斷開，再除去電源，并把它的輸入端短路，則這個單元的三個電容器儲存的總電能是多少？

【解說】這是一個結(jié)合網(wǎng)絡(luò)計算和“孤島現(xiàn)象”的典型事例。

（1）類似“物理情形1”的計算，可得 C_總 = C_k = C

所以，從輸入端算起，第k單元后的電壓的經(jīng)驗公式為 U_k = 

再算能量儲存就不難了。

（2）斷開前，可以算出第一單元的三個電容器、以及后面“系統(tǒng)”的電量分配如圖7-23中的左圖所示。這時，C₁的右板和C₂的左板（或C₂的下板和C₃的右板）形成“孤島”。此后，電容器的相互充電過程（C₃類比為“電源”）滿足——

電量關(guān)系：Q₁′= Q₃′

          Q₂′+ Q₃′= 

電勢關(guān)系：+  = 

從以上三式解得 Q₁′= Q₃′=  ，Q₂′=  ，這樣系統(tǒng)的儲能就可以用得出了。

【答】（1）E_k = ；（2） 。

〖學(xué)員思考〗圖7-23展示的過程中，始末狀態(tài)的電容器儲能是否一樣？（答：不一樣；在相互充電的過程中，導(dǎo)線消耗的焦耳熱已不可忽略。）

☆第七部分完☆

第Ⅰ卷（選擇題　共31分）

一、單項選擇題．本題共5小題，每小題3分，共計15分．每小題只有一個選項符合題意．

1. 關(guān)于科學(xué)家和他們的貢獻，下列說法中正確的是[來源:Www..com]

A．安培首先發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)

B．伽利略認為自由落體運動是速度隨位移均勻變化的運動

C．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，并計算出太陽與地球間引力的大小

D．法拉第提出了電場的觀點，說明處于電場中電荷所受到的力是電場給予的

2．如圖為一種主動式光控報警器原理圖，圖中R₁和R₂為光敏電阻，R₃和R₄為定值電阻．當(dāng)射向光敏電阻R₁和R₂的任何一束光線被遮擋時，都會引起警鈴發(fā)聲，則圖中虛線框內(nèi)的電路是

A．與門                  B．或門               C．或非門                  D．與非門

3．如圖所示的交流電路中，理想變壓器原線圈輸入電壓為U₁，輸入功率為P₁，輸出功率為P₂，各交流電表均為理想電表．當(dāng)滑動變阻器R的滑動頭向下移動時

A．燈L變亮                                    B．各個電表讀數(shù)均變大

C．因為U₁不變，所以P₁不變                              D．P₁變大，且始終有P₁= P₂

4．豎直平面內(nèi)光滑圓軌道外側(cè)，一小球以某一水平速度v₀從A點出發(fā)沿圓軌道運動，至B點時脫離軌道，最終落在水平面上的C點，不計空氣阻力．下列說法中不正確的是

A．在B點時，小球?qū)A軌道的壓力為零

B．B到C過程，小球做勻變速運動

C．在A點時，小球?qū)A軌道壓力大于其重力

D．A到B過程，小球水平方向的加速度先增加后減小

5．如圖所示，水平面上放置質(zhì)量為M的三角形斜劈，斜劈頂端安裝光滑的定滑輪，細繩跨過定滑輪分別連接質(zhì)量為m₁和m₂的物塊．m₁在斜面上運動，三角形斜劈保持靜止?fàn)顟B(tài)．下列說法中正確的是

A．若m₂向下運動，則斜劈受到水平面向左摩擦力

B．若m₁沿斜面向下加速運動，則斜劈受到水平面向右的摩擦力

C．若m₁沿斜面向下運動，則斜劈受到水平面的支持力大于（m₁+ m₂+M）g

D．若m₂向上運動，則輕繩的拉力一定大于m₂g

二、多項選擇題．本題共4小題，每小題4分，共計16分．每小題有多個選項符合題意．全部選對的得4分，選對但不全的得2分，錯選或不答的得0分．

6．木星是太陽系中最大的行星，它有眾多衛(wèi)星．觀察測出：木星繞太陽作圓周運動的半徑為r₁、 周期為T₁；木星的某一衛(wèi)星繞木星作圓周運動的半徑為r₂、 周期為T₂．已知萬有引力常量為G，則根據(jù)題中給定條件

A．能求出木星的質(zhì)量

B．能求出木星與衛(wèi)星間的萬有引力

C．能求出太陽與木星間的萬有引力

D．可以斷定

7．如圖所示，xOy坐標平面在豎直面內(nèi)，x軸沿水平方向，y軸正方向豎直向上，在圖示空間內(nèi)有垂直于xOy平面的水平勻強磁場．一帶電小球從O點由靜止釋放，運動軌跡如圖中曲線．關(guān)于帶電小球的運動，下列說法中正確的是

A．OAB軌跡為半圓

B．小球運動至最低點A時速度最大，且沿水平方向

C．小球在整個運動過程中機械能守恒

D．小球在A點時受到的洛倫茲力與重力大小相等

8．如圖所示，質(zhì)量為M、長為L的木板置于光滑的水平面上，一質(zhì)量為m的滑塊放置在木板左端，滑塊與木板間滑動摩擦力大小為f，用水平的恒定拉力F作用于滑塊．當(dāng)滑塊運動到木板右端時，木板在地面上移動的距離為s，滑塊速度為v₁，木板速度為v₂，下列結(jié)論中正確的是

A．上述過程中，F做功大小為　　　　　　　　　　　　

B．其他條件不變的情況下，F越大，滑塊到達右端所用時間越長

C．其他條件不變的情況下，M越大，s越小

D．其他條件不變的情況下，f越大，滑塊與木板間產(chǎn)生的熱量越多

9．如圖所示，兩個固定的相同細環(huán)相距一定的距離，同軸放置，O₁、O₂分別為兩環(huán)的圓心，兩環(huán)分別帶有均勻分布的等量異種電荷．一帶正電的粒子從很遠處沿軸線飛來并穿過兩環(huán)．則在帶電粒子運動過程中

A．在O₁點粒子加速度方向向左

B．從O₁到O₂過程粒子電勢能一直增加

C．軸線上O₁點右側(cè)存在一點，粒子在該點動能最小

D．軸線上O₁點右側(cè)、O₂點左側(cè)都存在場強為零的點，它們關(guān)于O₁、O₂連線中點對稱

第Ⅱ卷（非選擇題　共89分）

三、簡答題：本題分必做題（第lO、11題)和選做題(第12題)兩部分，共計42分．請將解答填寫在答題卡相應(yīng)的位置．

必做題

10．測定木塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，采用如圖所示的裝置，圖中長木板水平固定．

（1）實驗過程中，電火花計時器應(yīng)接在  ▲  （選填“直流”或“交流”）電源上．調(diào)整定滑輪高度，使  ▲  ．

（2）已知重力加速度為g，測得木塊的質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，木塊的加速度為a，則木塊與長木板間動摩擦因數(shù)μ=  ▲  ．

（3）如圖為木塊在水平木板上帶動紙帶運動打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未畫出．從紙帶上測出x₁=3.20cm，x₂=4.52cm，x₅=8.42cm，x₆=9.70cm．則木塊加速度大小a=  ▲  m/s²(保留兩位有效數(shù)字)．

11．為了測量某電池的電動勢 E（約為3V）和內(nèi)阻 r，可供選擇的器材如下：

A．電流表G₁（2mA  100Ω）             B．電流表G₂（1mA  內(nèi)阻未知）

C．電阻箱R₁（0~999.9Ω）                      D．電阻箱R₂（0~9999Ω）

E．滑動變阻器R₃（0~10Ω  1A）         F．滑動變阻器R₄（0~1000Ω  10mA）

G．定值電阻R₀（800Ω  0.1A）               H．待測電池

I．導(dǎo)線、電鍵若干

（1）采用如圖甲所示的電路，測定電流表G₂的內(nèi)阻，得到電流表G₁的示數(shù)I₁、電流表G₂的示數(shù)I₂如下表所示：

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，請在圖乙坐標中描點作出I₁—I₂圖線．由圖得到電流表G₂的內(nèi)阻等于

  ▲  Ω．

（2）在現(xiàn)有器材的條件下，測量該電池電動勢和內(nèi)阻，采用如圖丙所示的電路，圖中滑動變阻器①應(yīng)該選用給定的器材中  ▲  ，電阻箱②選  ▲  （均填寫器材代號）．

（3）根據(jù)圖丙所示電路，請在丁圖中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接．

12．選做題(請從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對應(yīng)字母后的方框涂滿涂黑．如都作答，則按A、B兩小題評分．)

A．(選修模塊3-3)(12分)

（1）下列說法中正確的是  ▲ 

A．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，液體表面存在張力

B．?dāng)U散運動就是布朗運動

C．蔗糖受潮后會粘在一起，沒有確定的幾何形狀，它是非晶體

D．對任何一類與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述

（2）將1ml的純油酸加到500ml的酒精中，待均勻溶解后，用滴管取1ml油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共200滴．現(xiàn)在讓其中一滴落到盛水的淺盤內(nèi)，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為200cm²，則估算油酸分子的大小是  ▲  m（保留一位有效數(shù)字）．

（3）如圖所示，一直立的汽缸用一質(zhì)量為m的活塞封閉一定量的理想氣體，活塞橫截面積為S，汽缸內(nèi)壁光滑且缸壁是導(dǎo)熱的，開始活塞被固定，打開固定螺栓K，活塞下落，經(jīng)過足夠長時間后，活塞停在B點，已知AB=h，大氣壓強為p₀，重力加速度為g．

①求活塞停在B點時缸內(nèi)封閉氣體的壓強；

②設(shè)周圍環(huán)境溫度保持不變，求整個過程中通過缸壁傳遞的熱量Q（一定量理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定）．

B．(選修模塊3-4)(12分)

（1）下列說法中正確的是  ▲ 

A．照相機、攝影機鏡頭表面涂有增透膜，利用了光的干涉原理

B．光照射遮擋物形成的影輪廓模糊，是光的衍射現(xiàn)象

C．太陽光是偏振光

D．為了有效地發(fā)射電磁波，應(yīng)該采用長波發(fā)射

（2）甲、乙兩人站在地面上時身高都是L₀, 甲、乙分別乘坐速度為0.6c和0.8c（c為光速）的飛船同向運動，如圖所示．此時乙觀察到甲的身高L  ▲  L₀；若甲向乙揮手，動作時間為t₀，乙觀察到甲動作時間為t₁，則t₁  ▲  t₀（均選填“>”、“ =” 或“<”）．

（3）x=0的質(zhì)點在t=0時刻開始振動，產(chǎn)生的波沿x軸正方向傳播，t₁=0.14s時刻波的圖象如圖所示，質(zhì)點A剛好開始振動．

①求波在介質(zhì)中的傳播速度；

②求x=4m的質(zhì)點在0.14s內(nèi)運動的路程．

   C．(選修模塊3-5)(12分)

（1）下列說法中正確的是  ▲ 

A．康普頓效應(yīng)進一步證實了光的波動特性

B．為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克提出電磁輻射的能量是量子化的

C．經(jīng)典物理學(xué)不能解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征

D．天然放射性元素衰變的快慢與化學(xué)、物理狀態(tài)有關(guān)

（2）是不穩(wěn)定的，能自發(fā)的發(fā)生衰變．

①完成衰變反應(yīng)方程    ▲  ．

②衰變?yōu)?img width=40 height=25 src="http://thumb.1010pic.com/pic1/1899/wl/3/40403.gif" >，經(jīng)過  ▲  次α衰變，  ▲  次β衰變．

（3）1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子．科學(xué)研究表明其核反應(yīng)過程是：α粒子轟擊靜止的氮核后形成了不穩(wěn)定的復(fù)核，復(fù)核發(fā)生衰變放出質(zhì)子，變成氧核．設(shè)α粒子質(zhì)量為m₁，初速度為v₀，氮核質(zhì)量為m₂，質(zhì)子質(zhì)量為m₀, 氧核的質(zhì)量為m₃，不考慮相對論效應(yīng)．

①α粒子轟擊氮核形成不穩(wěn)定復(fù)核的瞬間，復(fù)核的速度為多大？

②求此過程中釋放的核能．

四、計算題：本題共3小題，共計47分．解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位．

13．如圖所示，一質(zhì)量為m的氫氣球用細繩拴在地面上，地面上空風(fēng)速水平且恒為v₀，球靜止時繩與水平方向夾角為α．某時刻繩突然斷裂，氫氣球飛走．已知氫氣球在空氣中運動時所受到的阻力f正比于其相對空氣的速度v，可以表示為f=kv（k為已知的常數(shù)）．則

（1）氫氣球受到的浮力為多大？

（2）繩斷裂瞬間，氫氣球加速度為多大？

（3）一段時間后氫氣球在空中做勻速直線運動，其水平方向上的速度與風(fēng)速v₀相等，求此時氣球速度大?。ㄔO(shè)空氣密度不發(fā)生變化，重力加速度為g）．

14．如圖所示，光滑絕緣水平面上放置一均勻?qū)w制成的正方形線框abcd，線框質(zhì)量為m，電阻為R，邊長為L．有一方向豎直向下的有界磁場，磁場的磁感應(yīng)強度為B，磁場區(qū)寬度大于L，左邊界與ab邊平行．線框在水平向右的拉力作用下垂直于邊界線穿過磁場區(qū)．

（1）若線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)，求線框在離開磁場時ab兩點間的電勢差；

（2）若線框從靜止開始以恒定的加速度a運動，經(jīng)過t₁時間ab邊開始進入磁場，求cd邊將要進入磁場時刻回路的電功率；

（3）若線框以初速度v₀進入磁場，且拉力的功率恒為P₀．經(jīng)過時間T，cd邊進入磁場，此過程中回路產(chǎn)生的電熱為Q．后來ab邊剛穿出磁場時，線框速度也為v₀，求線框穿過磁場所用的時間t．

15．如圖所示，有界勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向里，MN為其左邊界，磁場中放置一半徑為R的圓柱形金屬圓筒，圓心O到MN的距離OO₁=2R，圓筒軸線與磁場平行．圓筒用導(dǎo)線通過一個電阻r₀接地，最初金屬圓筒不帶電．現(xiàn)有范圍足夠大的平行電子束以速度v₀從很遠處沿垂直于左邊界MN向右射入磁場區(qū)，已知電子質(zhì)量為m，電量為e．

（1）若電子初速度滿足，則在最初圓筒上沒有帶電時，能夠打到圓筒上的電子對應(yīng)MN邊界上O₁兩側(cè)的范圍是多大？

（2）當(dāng)圓筒上電量達到相對穩(wěn)定時，測量得到通過電阻r₀的電流恒為I，忽略運動電子間的相互作用，求此時金屬圓筒的電勢φ和電子到達圓筒時速度v（取無窮遠處或大地電勢為零）．

（3）在（2）的情況下，求金屬圓筒的發(fā)熱功率．