精英家教网 > 高中物理 > 题目详情

【题目】1)试证明:“静止的通电导线在磁场中受到的安培力,在数值上等于大量定向运动的电荷受到的洛伦兹力的总和。以一段柱状通电直导线为例,设导线的横截面积为S,长度为L,单位体积内自由电荷数为n,电荷电量为q,电荷定向移动的平均速率为v。假定在金属导体中正电荷定向移动形成电流,得到结果具有普遍性(本假定同样适用于以下两问)。

2)如图所示,接通电路后,导体棒在安培力作用下向右运动。此时,导体中自由电荷既在电场力作用下沿导体棒运动,又随导体棒沿水平方向运动,从而导致运动电荷所受洛伦兹力与宏观安培力不在同一方向。

在此模型中,请证明:安培力对导体棒做功,在数值上等于大量可自由运动电荷所受洛伦兹力的某个分力对电荷做功的总和。

为方便证明,可设电源电动势为E,导体棒的电阻为R其长度为L恰好等于平行轨道间距,整个装置处于竖直、向下磁感应强度为B的匀强磁场中,忽略电源和金属导轨的电阻。导体棒在安培力和摩擦力的作用下,向右以速度vx做匀速直线运动,在时间t内由实线位置运动到虚线位置;同时棒内某个正电荷在该时间t内从a位置定向运动到b位置。如在证明过程中,还需用到其他物理量,请自行假设。

3)在(2)问所涉及的模型中,通过导体棒的电流:。这是因为导体在运动过程中会切割磁感线,产生反电动势E。请你根据该过程的微观机制,利用电动势的定义,求出图示模型中的反电动势E,并写出通过导体棒的电流I

【答案】(1)证明过程见解析;(2)证明过程见解析;(3)

【解析】

1)写出安培力和洛仑兹力的公式,将电流的微观表达式代入安培力公式可证明是洛仑兹力的整数倍;

2)根据图示模型画出正电荷的速度矢量图,再由左手定则画出洛仑兹力矢量分解图,由功的定义,可以证明:安培力对导体棒做功,在数值上等于大量可自由运动电荷所受洛伦兹力的水平分力对电荷做功的总和;

3)由电动势的定义,及欧姆定律先求出反电动势,然后再写出电路中的电流。

:(1)证明:通电导线在磁场中受到的安培力为:

而电流为:

每个电荷q受到的洛仑兹力为:

所以安培力为:

2)如图所示的模型中,导体棒通电后受到安培力向右运动距离为,则安培力做功为:

正电荷的和速度如图所示(下),及洛伦兹力如图所示(上),则洛伦兹力水平分量为:

它所做的功为:

所以:

即安培力做功在数值上等于大量运动电荷所受洛伦兹力在导体棒运动方向上分力做功之和。

3)根据电动势的定义有:

电路中电流为:

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】如图所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑轮。质量分别为MmM>m)的滑块,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后,沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程中 ( )

A. 两滑块组成系统的机械能守恒

B. 重力对M做的功等于M动能的增加

C. 轻绳对m做的功等于m机械能的增加

D. 两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1000匝,横截面积S=20cm2.螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF.在一段时间内,垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的方向如图甲所示,大小按如图乙所示的规律变化则下列说法中正确的是

A. 螺线管中产生的感应电动势为1.2V

B. 闭合K,电路中的电流稳定后电容器下极板带负电

C. 闭合K,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为2.56×102W

D. K断开后,流经R2的电量为1.8×10-2C

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0 Ω);可视为理想电压表。S1为单刀开关,S2位单刀双掷开关,E为电源,R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:

(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线_____________

(2)将滑动变阻器滑动端置于适当位置,闭合S1

(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2

(4)待测电阻阻值的表达式Rx=_____________(用R0U1U2表示);

(5)重复步骤(3),得到如下数据:

1

2

3

4

5

U1/V

0.25

0.30

0.36

0.40

0.44

U2/V

0.86

1.03

1.22

1.36

1.49

3.44

3.43

3.39

3.40

3.39

(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=__________Ω。(保留1位小数)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】“用DIS测定电源的电动势和内阻”的实验电路如图(a)所示,其中R为定值电阻,R为滑动变阻器。

1)器材A_____传感器;

2)测得电源的路端电压U与电流I的关系图线如图(b)所示,则电源电动势E_____V,内阻r_____Ω

3)某同学用电流传感器和电阻箱与电源组成如图(c)所示的电路,改变电阻箱的阻值R,得到不同的电流I,由实验数据做出R图线,若该图线的斜率为k,则电源电动势为_____;该同学没有采用测两组数据、解方程组求电动势和内阻的方法,原因是_____

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】(单选)带电粒子仅在电场力作用下,从电场中a点以初速度v0进入电场并沿虚线所示的轨迹运动到b点,如图所示,实线是电场线,关于粒子,下列说法正确的是(  )

A. a点的加速度大于在b点的加速度

B. a点的电势能小于在b点的电势能

C. a点的速度小于在B点的速度

D. 电场中a点的电势一定比b点的电势高

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】如图所示,直线OA与竖直方向的夹角37,P为直线上的一点,空间有一匀强电场,方向平行于纸面水平向右,一质量为m、电量为q(q>0)的小球以一定的初动能P点沿直线AO向上运动,当小球的动能减小到零时,机械能减少了。运动过程中受到空气阻力的大小不变,已知重力加速度为g,sin37=0.6,cos37=0.8,求:

(1)电场强度的大小E;

(2)小球返回P点的动能.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】如图所示,间距为L=1m的足够长的平行光滑导轨MNPQ倾斜放置,倾角为θ=370,在导轨顶端连接一阻值为r=1Ω的定值电阻。质量为m=0.5kg、电阻也为r的金属杆ab垂直导轨跨放在导轨上,整个装置处于垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B=1T的匀强磁场中。让金属杆ab从图示位置由静止释放,到达cd位置时达到最大速度,不计导轨电阻,金属杆始终与导轨接触良好,重力加速度为g=10m/s2求:

(1) 金属杆ab在倾斜导轨上滑行的最大速度vm.

(2) 金属杆速度为3m/s时的加速度;

(3) 金属杆ab在导轨上从开始运动到达到cd位置的过程中,通过定值电阻的电荷量q=2C,求这段时间内定值电阻上产生的焦耳热.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】18分)(2012·广东理综物理)某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻。

分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图15a)和图15b)所示,长度为_____cm,直径为_____mm

按图15c)链接电路后,实验操作如下:

a)将滑动变阻器R1的阻值置于最_____处(填);将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0

b)将电阻箱R2的阻值调至最______(填);将S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280Ω

由此可知,圆柱体的电阻为_____Ω

查看答案和解析>>

同步练习册答案
闂傚倸鍊搁崐鐑芥嚄閼哥數浠氬┑掳鍊楁慨瀵告崲濮椻偓閻涱喛绠涘☉娆愭闂佽法鍣﹂幏锟� 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾捐鈹戦悩鍙夋悙缂佺媭鍨堕弻銊╂偆閸屾稑顏�