每周三题高三中学物理中可逆

《普通心理学》认为思维是人脑借助于语言、表象或者动作而实现的，是对客观事物的性质及其关系的概括和间接反映。恩格斯称思维是“地球上最美丽的花朵”。思维具有间接性、概括性和创造性（对经验的改组）是思维的三个特征。创造性思维对新思想和新理论的产生有着重要的作用。思维可以分为正向思维和逆向思维，其中可逆性思维是发散思维的一种，它可以防止思维定势的发生，是培养学生创造性思维能力的重要组成部分。下面以曲线运动中平抛运动的知识线索为例说明如何体现可逆性思维。

物理学中很多规律和现象都存在可逆性，如光学中光路可逆现象，电磁学中电生磁、磁生电现象，运动（力）的合成与分解，热力学系统中存在的可逆过程等。可逆性思维能力的提升有利于学生对物理知识的理解和掌握，更有利于学生知识系统性和结构化的生成。

（年西城区高三诊断性测试）（1）某实验小组用学过的方法研究玩具电动机的伏安特性曲线，其中待测电动机的额定电压为4.0V。下表为实验小组的实验记录。

a.求电动机在额定电压下工作时的电功率。

b.实验小组通过分析数据发现随电压逐渐增大，电压与电流的比值先几乎不变，后逐渐增大，他们根据认为电动机的电阻是先不变后增大的。请判断以上推理是否正确并说明理由。

（2）发电机和电动机在结构上具有相似性，因此电动机也可以作为发电机使用。如图1所示，用R表示玩具电动机线圈的等效电阻，将电动机接在一电动势为E、内阻不计的电源两端，电动机的转轴上缠有足够长的轻绳，绳下端悬挂一质量为m的重物，最终可以使重物匀速上升。如图2所示，若将原电路中的电源去掉，将玩具电动机作为发电机使用，轻绳在轴上的缠绕方向不变，悬挂的重物质量相同，重物最终以速率v匀速下落。为简化问题研究，认为玩具电动机作为发电机使用时，线圈匀速转动产生大小恒定的电动势；不考虑各部分的摩擦阻力的影响，认为电动机或发电机线圈匀速转动时所受安培力大小与所挂重物重力大小成正比，与线圈转动速度无关。

a．图1和图2中通过电阻R的电流方向（选填“相同”或“相反”）。

b．已知重力加速度为g，求图1中重物匀速上升的速度大小u。

（1）a．电动机的额定电压是4V，由记录表格可知，电动机的额定功率为P=UI=3.6W

b．电阻反映了导体对电流的阻碍作用，在不考虑温度变化的情况下，导体的电阻与电压以及电流无关。而电动机转动时为非纯电阻用电器，将电能转化为机械能和内能，即UI=I2R+P机，可见U≠IR，所以不能根据电压与电流的比值判断电动机电阻的变化。因此，他们的推理不正确。

（2）a．根据图1所示电路，整个电动机内部可等效为有效长度为L的导线，在磁感应强度为B的匀强磁场中以速度u切割磁感线，通过导线的有效电流为I1，其能量转化关系为EI1t=I12Rt=mgut，因为重物匀速上升可知，

BI1--L=mg，即满足EI1=I12R=BI1--Lu，解得E=I1R=BLu，根据闭合电路欧姆定律其中BLu我们把它叫做电动机的反（感应）电动势E0，其大小小于电源电动势E，图1中电流如答图1所示，同样图2中发电机中电流如答图2所示。两图中电流方向相同。

b．根据能量守恒定律，图1中的电动机把电能转化为机械能和内能，有EI1=mgu+I12R，图2中的发电机将机械能转化为电能，再转化为内能，有mgv=I22R。

由题意可知，两种情况下线圈受安培力大小相等BI1--L=BI2L=mg

可知I1=I2，代入解得。

本题主要考查非纯电阻额定功率的计算方法，以及对闭合电路欧姆定律，能量守恒定律以及电动机、发电机模型的理解和应用。

在北京高考题和高考模拟题中电磁场部分电动机和发电机的模型出现过多次，可能是因为这部分内容能很好地体现思维的可逆性，有利于学生创造性思维能力的考查。也有利于提高试题的区分度，体现高考试题的选拔功能吧。

审核:张春丽、石亚璞

编辑：王春梅

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