电磁学习题ppt课件.pptx
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1、1.一导线载有10安培直流电,在20秒内有多少电子流过它的横截面?已知每个电子所带电荷量为1.6 x10-19 库仑。解:设电子数为N N=Q/e=It/e=10 x20/1.6x10-19=1.25x1021(个电子)第三章第三章2.技术上为了安全,铜线内电流密度不得超过6安/毫米2,某车间用电20安培,导线的直径不得小于多少?解:设导线直径为D,则电流密度:j=I/s=4I/D2 D=2=2=2(1.03)=2.06(毫米)5。在某一电路中,原准备用截面积为10豪米2的铜线作输电线,为了节约用铜,改用相铜电阻,相同长度的铝线代替,问应选多大截面的铝导线。解:1l1/s1=2l2/s2 (设
2、前者为铜,后者为铝)S2=12()S1=2.5/1.6 10=15.6(毫米2)6。附图中两边为电导率很大的导体,中间两层是电导率分别为1,2 均匀介质,其两边厚度分别为d1,d2,导体的截面积为S,通过导体的稳恒点电流强度为I,求:(1)两层导电介质中的场强E1和E2;(2)电位差UAB和UBC。解:由 j=E 求得E1=j1/1=I/s1E2=j2/2=I/s2(1)(2)UAB=E1d1=Id1/s1=IR1UBC=E2d2=Id2/s2=IR2AB cd1d2II7.一个铜圆柱体半径为a,长为l,外面套一个与它共轴且等长的圆筒,筒的半径为b,在圆柱与筒之间充满电导率为的均匀导电物质如附
3、图中所示。求柱与筒之间的电阻。解:设 r-r+dr 之间的电足阻:dR=dr/s=dr/2r l故柱筒间电阻为:R=.abl8.把大地可看成均匀的导电介质,其电阻率为。用一半径为a 的球形电极与大地表面相接,半个球体埋在地面下(见附图)电极本身的电阻可以忽略。试证明此电极的接地电阻为 R=/2 a解:电极的接地电阻应理解为电极与地的无限远处之间的 电阻。故选电极中心作为球心。在球作标下:r-r+dr之间半球面电阻:dR=22a=Ia9。一铂电阻温度计在0oc时的阻值为200.0欧姆,当浸入正在熔解的三氯化锑中时,阻值变为257.6欧,求三氯化锑的熔点。已知铂电阻的温度系数 =0.00392度-
4、1。解:由Rt=Ro(1+t)t=()-3Oc)10。电动机未运转时,在20oc时它的铜绕阻的阻为50欧。运转几小时后,电阻上升到58欧。问这时铜绕的温度为多高。解:由R=Ro(1+t)R1=Ro(1+t1)R2=Ro(1+t2)-R1/R2=(1+t1)/(1+t2)t2=1/R2(1+t1)/R1-1=R2/R1+(R2/R1)t1=1/4.310-3)(X58/50+(58/50)x20=60.4(oc)1。11 求220V15W和220V25W灯泡的灯丝电阻和工作电流。解:2R=V2/PP1=15W:R1=V2/P1=2202/15=3.22(k)P2=25W:R2=2202/25=1
5、.93 (k)1=V/R1=220/3.22x103=69x10-3(毫安)I2=V/R2=220/1.93x103=1.4x10-3(毫安)12。在220伏的电路上,接有30安允许电流的保险丝,问在次电路上可接多少个40瓦的灯泡?解:每个灯泡工作电流 I=P/V 可接n 个灯泡:Im=nI=nP/V n=ImV/P=30 x220/40=165(个)13。有一个标明1K 40W 的电位器,问:(1)允许通过这个电位器的最大电流是多少安培?(2)允许加在这个电位器上的最大电压是多少伏特?(3)当在这个电位器上加10伏特的电压时,电功率时多 少瓦?解:(1)I2R,I=3=0.2(A)(2)V2
6、/R,U=-3=200(V)(3)P=V2/R=102/103=0.1(W)14。室内装有40瓦电灯两盏,50瓦收音机一架,平就、均每日用电5小时,问:(1)总闸处应装允许多大电流通过的保险丝?(2)每月(以30日计)共用电多少度?解:(1)该室用电功率为130瓦,故保险丝允许电流:I=P/V=130/220=0.59(A)(2)每月用电量:W=Pt=130 x30 x5=19.5x103(瓦。小时)=19。5(度)15.,某工厂与配电所相距1千米,其间有两条输电线,每条的电阻是0.2欧/千米。工厂用电为55KW,入厂时两输电线间的电压为U=220V,求配电所输出的功率。解:通过电线电流为:I
7、=P/V=55 配电所输出的功率:103/220=250(A)P=I2R+P=(250)2=62500 x0.4+55x103=25.0 x103+55x103=80.0 x103(w)x2x0.2x10-3x103+55x1031。16 实验室常用的电阻箱中每一电阻的额定功率规定为0.25瓦,试求其中100欧和10欧电阻的额定电流。解:对 对2R I=R1=100I1=0.5x10-1(A)R2=10I2=0.158(A)1。17 推导焦耳定律的微分形式。解:dp=dI2xdR=j2ds2=1/j2dVP=dp/dv=j2=1/2=E21。18 一铜导线直径为1.0厘米,载有200安电流,已
8、知铜内自由电子数密度为=8.5x1022/厘米3,每个电子的电荷为1.6x10-19库,求其中电子的漂移速率。解:导体内电子的漂移速率为:u=j/ne=I/nes=I/(ne 2=4I/(neD2)=22x 1.6x10-19x3.14x(1.0)2=1.87x10-2(cm/s)19.已知铜的原子量为63.75,密度为8.9克/厘米3,在铜导线里,每一个原子都有一个自由电子,电子电荷的大小为1.6x10-19库,阿伏加德罗数No=6.02x1023摩尔-1。(1)计术上为了安全,铜导线内电流密度不能超过jM=6安/毫米2,求电流密度为jM时,铜内电子的漂移速率u:(2)按下例公式求T=300
9、K时铜内电子热运动的平均速率 ;式中m=9.11x10-31千克是电子质量,k=1.38x10-23焦耳/开是玻耳兹曼常数,T是绝对温度。是u的多少倍?解:点子数密度 (为质量数密度,原子量)故铜内电字的漂移速率u:平均速率:20。一铜棒的截面积为20 x80毫米2,长为2.0米。两端电位差为50毫伏。已知铜的电导率为 =5.7x107西门子/米,铜内自由电子的电荷密度为1.36x1010库/米3。求;(1)他的电阻R:(2)电流I;(3)电流密度的大小;(4)棒内电强度的大小E;(5)所消耗的功率P:(6)一小时所消耗的能量W:(7)棒内电子的瓢移速度u:解:(1)电阻:(2)电流:(3)电
10、流密度:(4)电场:(5)消耗功率:(6)漂移速率:1。电动势为12伏的汽车电池的内阻为0。05欧,问:(1)它的短路电流多大?(1)若启动电流为100安,则启动马达的内阻多大?解:由全电路欧姆定律:(2)2.如图所示,在电动势为 ,内阻为 的电池上连接一个R1=10.0 的电阻时,测出的端电压为8.0伏,若将R1换成R2=5。0欧的电阻时,其端电压为6,0伏。求此电池的 和r.解:端电压解得Rr3。在附图中,=6.0伏,r=2.0欧,R=10.0欧,当开关K闭合时,UAB,UAC和UBC分别是多少?当K断开时,又各是多少?解:当合上时:当断开时:UAB=IR=0.5x10=5(V)UBC=I
11、R1=0.5x0=0UAC=UAB+UBC=5(V)I=0UAC=UAB+UBC=0+6=6(V)RABCr4。在上题中,K闭合时,电源的输出功率为多少?解:电源输出功率:5。在2.3节的图3-13中,若两电源都是化学电池,电动势 =6伏,=4伏,内阻 =0.1欧,r=0.1欧,求(1)充电电流,(2)每秒内电源 消耗的化学能。(3)每秒内电源 获得的化学能。解:(1)充电电流:(2)消耗的化学能:(2)获得的化学能:+-6。求第一节习题6中A,B,C三界面上的面电荷。解:如图作高斯面,由高斯定理:(导体中 =)对A:对B:对C:A B Cd1d2I I1、6伏,伏,2欧的灯泡用欧的灯泡用12
12、伏的直流电源,后者的内阻为伏的直流电源,后者的内阻为0.5欧,欧,问应串联多大的电阻。问应串联多大的电阻。解:解:灯泡允许电流:灯泡允许电流:I=U/R=6/2=3(A)需串联电阻为:需串联电阻为:2。四个电阻均为6.0伏的灯泡,工作电压为12伏,把它们并联起来接到一个电动势为12伏,内阻为0.20欧的电源上。问:(1)开一盏灯时,由此两端的电压多大?(2)四盏灯全开时,灯两端的电压多大?解:(1)端电压为:(2)端电压为:3。附图中伏特计的内阻为300欧,在开关未合上时其电压读数为1.49伏,开关合上时其读数为1.46伏,求电源的电动势和内阻。解:电源端电压K 未合上时 K合上 R=300
13、x100/(300+100)=75()解得vKR4。为使一圆柱形长导体棒的电阻不随温度变化,可将两不同截面的碳棒串联起来。问两棒长度之比应为若干?解:两电阻不随温度变化,即 可得R1FeR2C6。在附图所示的电路中,求:(1)RCD;(2)RBC;(3)RAB.解:(1)求时看作三部并联:RCD=(1/(20+10)+1/100+1/(5+10)-1=(33/300)-1=300/33=9.1(欧姆)(2)RBC (3)该图相当于一个平恒电桥。(10 x10=20 x5)RAB=10(欧姆)A BCD5。变阻器可用作分压器,用法如附图所示。U是输入电压,R是变阻器的全电阻,r是负载电阻,c是R
14、上的滑动接头。滑动c,就可以在负载上得到从0到U之间的任何电压Ur。设R的长度ab=l上各长度的电阻都相同,a,c之间的长度ac=x,求加到r上的电压Ur与x的关系。用方格纸画出当r=0.1R和 r=10R时的Ur-x图。解:由以上三式求得当 r=0.01R时当r=10R时这样 可适当选择的值,得U 可画出曲线。其中 I=U/RabR Urbarcl2l17。判断一下,在附图中各电路哪些可以化为串,并联的电路的组合,哪些不能。如果可以,就利用串并联公式写出它们的总等效电阻。(图见电磁学下册281页)解:a 可以 R=R1+R2+R3(R4+R5)/R3+(R4+R5)b可以 R=(R1+R2)
15、(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)c可以 e 可以 g 可以 d f h 不可以 8。无轨电车速度的调节,是依靠在直流电动机的回路中串入不 同数值的电阻,从而改变通过电动机的电流,使生变化。例如,可以在回路中串入四个电阻R1,R2,R3和R4,再利用一些开关K1,K2,K3,和K4 使电阻分别串联或并联,以改变总电阻的数值,如 附图中所示。设R1=R2=R3=R4=1.0欧 求下列四种情况下的等效 电阻;(1)K1,K5合上,K2,K3.K4 断开;(2)K2,K3,K5合上,K1,K,4断开;(3)K1,K3,K4合上,K2,K5断开:(4)K1,K2,K3,K4合上,K5断开:解:
16、(1)R4短路,R1,R2,R3串联 Rab=R1+R2+R3 (2)此时 Rab=R1+1/(1/R4+1/R2+1/R3)=1.33(欧)(3)相当R1,R4并联 Rab=R1R4/(R1+R4)=1/2=0.5(欧)(4)相当R1,R2,R3R4并联Rab=(1/4)R1=0.25(欧)K1R1R2R3R4K4K3K2K59.如图所示的电路中,a,b两端电压为9.0伏,试求(1)通过每个电阻的电流强度.(2)每个电阻两端的电压解法:()通过k,k的电流I1=通过k,k的电流I(毫安)(毫安)()上两个电阻端电压下两个电阻端电压(伏特)(伏特)2k10k1k5k10.如图所示电路中 R1=
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