法拉第电磁感应定律动生感生.docx
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法拉第电磁感应定律动生感生
法拉第电磁感应定律(动生感生)
学生姓名
年级
学科
物理
授课教师
日期
时段
核心内容
法拉第电磁感应定律
课型
一对一/一对N
教学目标
1.学会熟练运用左手定则、右手定则、楞次定律等知识点的运用;
2.学会区分感生电动势和动生电动势的区别以及联系;
3.会计算一般的感应电动势大小,并与欧姆定律等知识点相结合。
重、难点
电磁感应定律的运用
精准诊查
课首沟通
1.还记得如何判断感应电流的方向吗?
说说看
2.什么叫感生电动势?
什么叫动生电动势?
能说说它们的区别和联系吗?
3.怎样计算感应电动势?
知识导图
课首小测
1.(2011年珠海一模)如图所示,间距为L的平行金属导轨上有一电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好。
导轨一端连接电阻R,其它电阻不计,磁感应强度为B,金属棒ab以速度v向右作匀速运动,则()
A.回路中电流为逆时针方向
B.电阻R两端的电压为BLv
C.ab棒受到的安培力的方向向左
D.ab棒中电流大小为
【题型】多项选择题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律;安培力
【参考答案】AC
【解析】根据右手定则可以判断感应电流是逆时针方向,再用右手定则判断其所受安培力向左,故选择AC,ab两端的电压不是感应电动势,而应该把ab当做电源来看,其两端电压是路端电压,所以B错误,电流应该用感应电动势除以总电阻,可以判断D错误,故选择AC
2.如图所示,电阻R=1Ω、半径r1=0.2m的单匝圆形导线框P内有一个与P共面的圆形磁场区域Q,P、Q的圆心相同,Q的半径r2=0.1m.t=0时刻,Q内存在着垂直于圆面向里的磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系是B=2-tT.若规定逆时针方向为电流的正方向,则线框P中感应电流I随时间t变化的关系图象应该是下列选项中的( )
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中磁变类问题
【参考答案】C
【解析】有效面积是里边的小圆,其次根据B-t图像的斜率可判断电流方向及大小,故选择C
3.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是( )
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】B
【解析】注意一下,要把切割的那条边当做电源,对于B选项,是ab边切割,所以ab两边电压为路端电压,最大,故选择B
4.闭合回路由电阻R与导线组成,其内部磁场大小按B-t图变化,方向如图所示,则回路中()
A.电流方向为顺时针方向B.电流强度越来越大
C.磁通量的变化率恒定不变D.产生的感应电动势越来越大
【题型】多项选择题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中磁变类问题
【参考答案】AC
【解析】根据“增反减同”可以判断电流方向为顺时针方向,感应电动势的大小取决于磁通量的变化率,在图像中应该看斜率,斜率不变,感应电动势不会发生变化,故选择AC
5.关于感应电动势的大小,下列说法中正确的是,()
A.跟穿过闭合电路的磁通量有关系
B.跟穿过闭合电路的磁通量的变化大小有关系
C.跟穿过闭合电路的磁通量的变化快慢有关系
D.跟电路的电阻大小有关系
【题型】单选题
【知识点】法拉第电磁感应定律
【参考答案】C
6.(2008年全国卷1)如图,一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场;一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直;虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直,ba的延长线平分导线框.在t=0时,使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动,直到整个导线框离开磁场区域.以i表示导线框中感应电流的强度,取逆时针方向为正.下列表示i-t关系的图示中,可能正确的是()
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】C
7.如图所示,MN和PQ是固定在水平面内间距L=0.20m的平行金属轨道,轨道的电阻忽略不计.金属杆ab垂直放置在轨道上.两轨道间连接有阻值为R0=1.5Ω的电阻,ab杆的电阻R=0.50Ω.ab杆与轨道接触良好并不计摩擦,整个装置放置在磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向下.对ab杆施加一水平向右的拉力,使之以v=5.0m/s的速度在金属轨道上向右匀速运动.求:
(1)通过电阻R0的电流;
(2)对ab杆施加的水平向右的拉力的大小;
(3)ab杆两端的电势差.
【题型】计算题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律;安培力;欧姆定律
【参考答案】
(1)0.25A
(2)0..25N(3)0.375V
互动导学
知识梳理
导学一:
法拉第电磁感应定律
知识点讲解1:
感生电动势
1.内容:
电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
2.公式:
(n指线圈匝数)
3.注意:
①要严格区分磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率。
②磁通量的变化率与匝数的多少无关。
③此公式在中学阶段只能用来计算某段时间内的平均感应电动势。
④若ΔΦ由磁场的变化引起,则ΔΦ/Δt常用SΔB/Δt来计算。
⑤若ΔΦ是由回路面积的变化引起时,ΔΦ/Δt常用BΔS/Δt来计算。
例题
1.下列几种说法中正确的是:
()
A.线圈中的磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B.穿过线圈的磁通量越大,线圈中的感应电动势越大
C.线圈放在磁场越强的位置,线圈中的感应电动势越大
D.线圈中的磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大
【题型】单选题
【知识点】法拉第电磁感应定律;磁通量
【参考答案】D
【解析】感应电动势的大小
,可知其是由磁通量的变化率所决定,即变化快慢,故选择D
2.如图所示是穿过某闭合回路的磁通量随时间变化的四种情况,在t0时间内可使该回路产生恒定感应电流的是()
A.
B.
C.
D.
【题型】多项选择题
【知识点】法拉第电磁感应定律;磁通量;电磁感应中的磁变类问题
【参考答案】CD
【解析】感应电动势仅由磁通量变化率决定,故选择斜率不变的选项CD
3.如图甲所示,A、B是两个同心圆,半径之比rA:
rB=2:
1,A、B是由相同材料,粗细一样的导体做成的,小圆B外无磁场,B内磁场的变化如图乙所示,求A、B中电流大小之比(不计两圆中电流形成磁场的相互作用)。
【题型】计算题
【知识点】法拉第电磁感应定律;磁通量;电磁感应中的磁变类问题
【参考答案】1:
2
【解析】有效面积是一样的,因为只有B中有磁场,由
可知感应电动势大小相等,I=E/R,可知电流仅与电阻有关,导线越长电阻越大,电流越小RA:
RB+2:
1,故IA:
IB=1:
2
【思维对话】学生常见的思维障碍有:
(1)区分不出磁通量、磁通量改变量以及磁通量改变率之间的关系
(2)计算电动势的时候,常常仅会套公式,不注意S应该是有效面积
针对以上的情况,建议采取以下的教学策略:
思维障碍点
(1)突破方法:
可以以类比的方式,从以前的功及功率,或者速度和加速度的区别进行讲解,让孩子区分这几个物理量,更好的理解公式
思维障碍点
(2)突破方法:
多出两道陷阱题目,让孩子错几次,能够更加好的让其记忆;也可以从磁通量的定义上去分析清楚,让其知道什么才是有效面积
我爱展示
1.一矩形线圈位于一变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面向里,如图甲所示。
磁感应强度B随t的变化规律如图乙所示。
以图甲所示中线圈上箭头所示方向的电流为正。
则以下关于线圈中产生的感应电流I随时间t变化的图像正确的是()
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;法拉第电磁感应定律;;楞次定律;安培力;电磁感应中磁变类问题
【参考答案】B
2.(2011年广东理综)将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是()
A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关
B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大
C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大
D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中磁变类问题;磁通量
【参考答案】C
知识点讲解2:
动生电动势
当导体在匀强磁场中切割磁感线时,电动势的表达式:
E=BLvsinθ。
而切割磁感线的那部分导体相当于电源。
该电源的正负极由楞次定律来确定,注意电源内部电流是由负极流向正极。
(1)此公式中的θ为速度与磁场方向间的夹角。
当v垂直于B时,也垂直于L,且L也垂直于B时,可简化为E=BLv。
(2)此公式一般用于匀强磁场(或导体所在位置的各点B均相同),且到个各部分的速度均相同的情况下。
若切割速度为瞬时值,则E为瞬时电动势。
该公式既可求瞬时电动势,也可求平均电动势。
(3)若导体棒绕某一固定转轴切割磁感线,虽然棒上各点的切割速度并不相同,但可用棒中点的速度等效替代切割速度,常用公式E=BLv中。
①转动轴与磁感线平行
如图所示,磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外,长L的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度ω逆时针匀速转动。
求金属棒中的感应电动势。
②线圈的转动轴与磁感线垂直
如图所示,矩形线圈的长、宽分别为L1、L2,所围面积为S,向右的匀强磁场的磁感应强度为B,线圈绕图示的轴以角速度ω匀速转动从图示位置开始计时,则感应电动势的瞬时值为E=nBSωcosωt
结论:
感应电动势与线圈的形状和转动轴的具体位置无关(但是轴必须与B垂直)
(4)公式中的L为有效切割长度,即垂直与B、v且处于磁场中的直线部分长度;此公式是法拉第电磁感应定律在导体切割磁感线的具体表达式。
例题
1.如图所示,两根相距L的平行直导轨ab、cd,b、d间连有一固定电阻R,导轨电阻可忽略不计。
MN为放ab和cd上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R。
整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)。
现对MN施加一力使它沿导轨方向以速度v做匀速运动,用U表示MN两端电压大小,则()
A.U=BLv/2,流过固定电阻R的感应电流由b到d
B.U=BLv/2,流过固定电阻R的感应电流由d到b
C.U=BLv,流过固定电阻R的感应电流由b到d
D.U=BLv,流过固定电阻R的感应电流由d到b
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】A
【解析】用右手定则判断,可知电流方向是逆时针方向,故排除BD,根据E=BLv算出感应电动势,但是要注意MN两端电压并不是感应电动势,而应该是路端电压,所以再算电流I,再算出U,可知A对
2.一直升飞机停在南半球某处上空。
设该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B。
直升飞机螺旋桨叶片的长度为L,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动。
螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如图所示。
如果忽略到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,则()
A.E=πfL2B,且a点电势低于b点电势
B.E=2πfL2B,且a点电势低于b点电势
C.E=πfL2B,且a点电势高于b点电势
D.E=2πfL2B,且a点电势高于b点电势
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】A
【解析】根据
,
=2πf,代入可得E=πfL2B,排除BC,切割部分要看成电源,电源内部电流由负极流向正极,由此可判断出a点电势低于b点电势
3.如图所示,平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动,经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,导体棒中的感应电动势E与导体棒位置x关系的图像是()
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】A
【思维对话】学生常见的思维障碍有:
(1)会错误的把导体两端电压当做电动势来对待,也会错误的认为电流是由电势高的流向电势低的
(2)计算电动势的时候,常常仅会套公式,不注意L应该是有效长度
针对以上的情况,建议采取以下的教学策略:
思维障碍点
(1)突破方法:
此类问题一般都是由于学生不知道切割导线应该相当于电源所导致,所以在讲的时候可以多强调几次,把等效电路让学生画一画,这样学生才能记忆深刻
思维障碍点
(2)突破方法:
可以联系实际,告诉孩子什么叫切割,没有在磁场中的会不会切割?
在磁场中沿着磁场方向的会不会切割?
可以用一些笔或者绳子什么的作为道具,让学生自己体验一下
我爱展示
1.如图所示,一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域。
从BC边进入磁场区开始计时,到A点离开磁场区为止的过程中,线框内感应电流的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是图中的( )
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;楞次定律;电磁感应中切割类问题
【参考答案】A
【解析】刚进入磁场时,由楞次定律(根据增反减同)可判断产生的感应电流为逆时针方向,由E=Bvl可知,由于切割的有效线段越来越短,所以E也越来越小,I也是越来越小,可排除B和C选项;完全进入时由于磁通量不发生变化,感应电动势为0V,同理可判断线圈运动出磁场时感应电流为顺时针方向,并且越来越小,故A正确。
2.如图所示,MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨,左端接有定值电阻R,金属棒ab斜放在两导轨之间,与导轨接触良好,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面,设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L,金属棒与导轨间夹角为60°,以速度v水平向右匀速运动,不计导轨和棒的电阻,则流过金属棒中的电流为()
A.I=
B.I=
C.I=
D.I=
【题型】单选题
【知识点】电磁感应与图像;电磁感应中切割类问题
【参考答案】B
【解析】题中L的有效长度为
,故E=Bv
。
据闭合电路欧姆定律得I=
.
导学二:
电磁感应综合
知识点讲解1:
电磁感应结合基本电路
把切割导线或者感应的那部分导线当成电源,画出简单的等效电路图,运用欧姆定律求解
例题
1.如图所示,圆环a和圆环b半径之比为2:
1,两环用同样粗细的、同种材料的导线连成闭合回路,
连接两圆环电阻不计,匀强磁场的磁感强度变化率恒定,则在a环单独置于磁场中和b环单独置于磁场中两种情况下,M、N两点的电势差之比为()
A.4:
1B.1:
4C.2:
1D.1:
2
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中磁变类问题;欧姆定律
【参考答案】C
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1.如图所示,用一阻值为R的均匀细导线围成的金属环半径为a,匀强磁场的磁感应强度为B,垂直穿过金属环所在平面.电阻为
的导体杆AB,沿环表面以速度v向右滑至环中央时,杆的端电压为()
A.BavB.
Bav
C.
BavD.
Bav
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中切割类问题;欧姆定律
【参考答案】C
【解析】当电阻为
的导体杆AB沿环表面以速度v向右滑至环中央时,这个回路的总电动势为:
E=2Bav.并联的两个半圆环的等效电阻为
,杆的端电压为UAB=E·
=
Bav.
知识点讲解1:
电磁感应结合基本受力
把切割导线或者感应的那部分导线当成电源,产生电流,在磁场中就会受到安培力作用,由于安培力与电流大小有关,故就会发生变化,变大或者变小,我们可以通过受力分析,来分析其运动过程
例题
1.如图所示,电阻不计的平行金属导轨MN和OP放置在水平面内,MO间接有阻值为R=3Ω的电阻,导轨相距d=1m,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,质量为m=0.1kg,电阻为r=1Ω的导体棒CD垂直于导轨放置,并接触良好。
用平行于MN的恒力F=1N向右拉动CD、CD受摩擦阻力f恒为0.5N,求:
(1)CD运动的最大速度是多少?
(2)当CD到最大速度后,电阻R消耗的电功率是多少?
(3)当CD的速度为最大速度的一半时,CD的加速度是多少?
【题型】计算题
【知识点】电磁感应中切割类问题;欧姆定律;安培力
【参考答案】
(1)8m/s
(2)3W(3)2.5m/s2
【解析】
(1)设CD棒运动速度为v,则:
导体棒产生的感应电动势为:
E=Bdv
据闭合电路欧姆定律有:
I=
则安培力为:
F0=BdI
据题意分析,当v最大时,有:
F-F0-Ff=0
联立得:
vm=
=8m/s
(2)棒CD速度最大时同理有:
Em=BdvmIm=
而PRm=I
·R
联立得:
PRm=
=3W
(3)当CD速度为
vm时有:
E′=Bdvm/2I=
F′=BId
据牛顿第二定律有:
F-F′-Ff=ma
联立得:
a=2.5m/s2
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1.如图所示,水平放置的平行金属导轨MN和PQ,相距L=0.50m,导轨左端接一电阻R=0.20Ω,磁感应强度B=0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面,导体棒ac垂直导轨放在导轨上,并能无摩擦地沿导轨滑动,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计.当ac棒以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时,求:
(1)ac棒中感应电动势的大小;
(2)回路中感应电流的大小和方向;
(3)维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小和方向.
【题型】计算题
【知识点】电磁感应中切割类问题;欧姆定律;安培力
【参考答案】
(1)0.80V
(2)4.0A,逆时针方向(3)0.80N,水平向右
【解析】
(1)根据法拉第电磁感应定律,ac棒中的感应电动势为E=BLυ=0.40×0.50×4.0V=0.80V
(2)根据闭合电路欧姆定律,感应电流大小为
由右手定则可知,回路中感应电流的方向为aMRPca(或逆时针方向)
(3)当ac棒向右匀速运动时,ac棒中有由c向a的电流,根据左手定则可知ac棒所受的磁场力F安水平向左.为维持ac棒做匀速运动,应施加一个与F安等值反向的水平外力F.即F=F安=BIL=0.40×4.0×0.50N=0.80N
能力展示
限时考场模拟:
30分钟完成
1.如图中,长为L的金属杆在外力作用下,在匀强磁场中沿水平光滑导轨匀速运动,如果速度v不变,而将磁感强度由B增为2B。
除电阻R外,其它电阻不计。
那么下面说法不正确的是()
A.作用力将增为4倍
B.作用力将增为2倍
C.感应电动势将增为2倍
D.感应电流的热功率将增为4倍
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中切割类问题;欧姆定律;安培力
【参考答案】B
2.如图10所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。
若第一次用0.3s时间拉出,外力所做的功为W1,通过导线截面的电量为q1;第二次用0.9s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电量为q2,则()
图10
A.
B.
C.
D.
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中切割类问题;欧姆定律;安培力
【参考答案】C
3.如图所示,xoy坐标系y轴左侧和右侧分别有垂直于纸面向外、向里的匀强磁场,磁感应强度均为B,一个围成四分之一圆形的导体环oab,其圆心在原点o,半径为R,开始时在第一象限。
从t=0起绕o点以角速度ω逆时针匀速转动。
试画出环内感应电动势E随时间t而变的函数图象(以顺时针电动势为正)。
【题型】作图题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律
【参考答案】
4.(09年广东)如图(a)所示,一个电阻值为R,匝数为n的圆形金属线与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路。
线圈的半径为r1。
在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示。
图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。
导线的电阻不计。
求0至t1时间内:
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向;
(2)通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。
【题型】计算题
【知识点】电磁感应中磁变类问题;欧姆定律;楞次定律
【参考答案】
(1)
,通过电阻
上的电流方向为从b到a
(2)
,
【解析】
(1)由图象分析可知,0至
时间内
由法拉第电磁感应定律有
而
由闭合电路欧姆定律有
联立以上各式解得通过电阻
上的电流大小为
由愣次定律可判断通过电阻
上的电流方向为从b到a
(2)通过电阻
上的电量
通过电阻
上产生的热量
课后作业
1.(2011年惠州调研三)如图26甲所示,光滑导体框架abcd水平放置,质量为m的导体棒PQ平行于bc放在ab、cd上,且正好卡在垂直于轨道平面的四枚光滑小钉之间。
回路总电阻为R,整个装置放在垂直于框架平面的变化的磁场中,磁场的磁感强度B随时间t的变化情况如图26乙所示(规定磁感强度方向向上为正),则在0-t时间内,关于回路内的感应电流I及小钉对PQ的弹力N,下列说法中正确的是()
图26
A.I的大小和方向都在变化B.I的大小和方向都不发生变化
C.N的大小和方向都不发生变化
D.N的大小发生了变化,方向也发生了变化
【题型】多项选择题
【知识点】电磁感应中磁变类问题;楞次定律;安培力
【参考答案】BD
2.如图甲所示,长直导线与闭合线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示,在0~
时间内,长直导线中电流向上,则线框中感应电流的方向与所受安培力情况是()
A.0~T时间内线框中感应电流方向为顺时针方向
B.0~T时间内线框中感应电流方向为先顺时针方向后逆时针方向
C.0~T时间内线框受安培力的合力向左
D.0~
时间内线框受安培力的合力向右,
~T时间内线框受安培力的合力向左
【题型】单选题
【知识点】电磁感应中磁变类问题;楞次定律;安培力
【参考答案】A
3.如图所示,导体框架的平行导轨间距d=1m,框架平面与水平面夹角
=30°,匀强磁场方向垂直框架平面向上,且B=0.2T,导体棒ab的质量m=0.2kg,R=0.1
,水平跨在导轨上,且可无摩擦滑动(g取10m/s2)
求:
(1)试分析ab棒的运动性质。
(2)ab下滑的最大速度
(3)以最大速度下滑时,ab棒上的电热功率。
【题型】计算题
【知识点】电磁感应中切割类问题;法拉第电磁感应定律;安培力;欧姆定律
【参考答案】
(1)做加速度减小的加速运动
(2)2.5m/s(3)2.5W
4.如图所示,abcd是由粗裸铜导线连接两个定值电阻组成的闭合矩形导体框,水平放置,金属棒ef与ab及cd边垂直,并接触良好,空间存在着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向下,已知电阻R1=2R,R3=3R,其它部分的电阻都可忽略不计,a