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高中三年级物理

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首页 高中三年级物理知识 焦耳定律，电热 法拉第电磁感应定律 爱因斯坦的光子说 试题正文
  • 计算题
    如图甲所示的螺线管，横截面积为S、匝数为N、电阻为r，螺线管与一根电阻为2，的金属丝连接，向右穿过螺线管的匀强磁场随时间变化的规律如图乙所示。求0至t0时间内：
    （1）通过金属丝的感应电流大小和方向；
    （2）金属丝中感应电流产生的焦耳热量；
    （3）金属丝辐射出的光子数。（设金属丝产生的热量全部以频率为v的红外线辐射出来、普朗克常数为h）

    本题信息：2011年广东省模拟题物理计算题难度较难 来源:宗萍
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本试题 “如图甲所示的螺线管，横截面积为S、匝数为N、电阻为r，螺线管与一根电阻为2，的金属丝连接，向右穿过螺线管的匀强磁场随时间变化的规律如图乙所示。求0至t0时...” 主要考查您对

焦耳定律，电热

法拉第电磁感应定律

爱因斯坦的光子说

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  • 焦耳定律，电热
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电热（焦耳定律）：

1、定义：电流通过电阻为R的导体时，t时间内导体上产生的热量，即电热
2、公式：Q=I2Rt
3、单位：J，
4、物理意义：电流通过导体时所产生的电热
5、适用条件：任何电路
6、能量转化情况：有多少电能转化为热能


电功和电热的关系：
①纯电阻电路消耗的电能全部转化为热能，电功和电热是相等的，所以有W=Q，UIt=I2Rt，U=IR（欧姆定律成立），；
②非纯电阻电路消耗的电能一部分转化为热能，另一部分转化为其他形式的能。所以有W>Q，UIt>I2Rt，U>IR（欧姆定律不成立）。

电功、电热的计算方法:

对任何电路，电流做功均为电流产生的热量均为。
在纯电阻电路中，电功全部转化为电热，能量转化示意图表示为：。则有，故在计算电功或电热时，可根据题目中的条件，灵活选用以上公式分析计算。
若电流通过非纯电阻电路(如电动机、电解槽等) 时，能量转化的示意图表示为：
 
1)在非纯电阻电路中，如含有电动机的电路中电能转化为内能和机械能，即；在含有电解槽的电路中电能转化为内能和化学能，即。在这种情况下，电功只能用计算，电热只能用计算。
(2)含有直流电动机的电路不能简单地理解成它一定是一个非纯电阻电路，要从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化上加以区分。直流电动机两端加上电压以后，若电动机转动，则有电能转化为机械能，此时的电路为非纯电阻电路，部分电路的欧姆定律不再适用。若电动机不转，则没有电能转化为机械能，此时损失的电能全部转化为内能，这时的电路是纯电阻电路。因此，分析电路问题时，要重视从能量的角度出发，这样会使思路清晰，解题变顺利。
(3)纯电阻电路中，即；非纯电阻电路中，即。


纯电阻电路与非纯电阻电路：



法拉第电磁感应定律：




导体切割磁感线的两个特例：

的区别与联系及选用原则：



电磁感应中动力学问题的解法：

电磁感应和力学问题的综合，其联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力，因为感应电流与导体运动的加速度有相互制约的关系。
1．分析思路
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。
(2)求回路中的电流。
(3)分析研究导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)。
(4)列动力学方程或平衡方程求解。
2．常见的动态分析这类问题中的导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，故解这类问题时正确进行动态分析确定最终状态是解题的关键。同时也要抓好受力情况和运动情况的动态分析，研究顺序为：导体受力运动产生感应电动势一感应电流一通电导体受安培力一合外力变化一加速度变化一速度变化一周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零．导体达到稳定运动状态。

电磁感应中的动力学临界问题：
(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度求最大值或最小值的条件。
(2)基本思路：


光子说：

光子说 爱因斯坦认为，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由不可分割的能量子组成的，即光在传播时能量也是一份一份的，每一份称为一个光量子，简称光子
光子的能量：为普朗克常量，v为光的频率
光子说对光电效应规律的解释 金属存在极限频率v0 电子从金属表面逸出，首先要克服金属原子核的引力做功要使入射光子的能量不小于对应的频率为即极限频率
Ek随入射光频率v变化，而与入射光强度无关 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，既是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大
光电流与入射光强度成正比 入射光的强度越大，在单位时间内从金属板发射的电子数越多，光电流的强度就越大
光电效应发生的瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程

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