【題目】如圖甲所示,半徑為r的金屬細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為k>0,且為已知的常量)。

1)已知金屬環(huán)的電阻為R。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,求金屬環(huán)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流I;

2麥克斯韋電磁理論認(rèn)為:變化的磁場(chǎng)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng),這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同,稱為感生電場(chǎng)或渦旋電場(chǎng)。圖甲所示的磁場(chǎng)會(huì)在空間產(chǎn)生如圖乙所示的圓形渦旋電場(chǎng),渦旋電場(chǎng)的電場(chǎng)線與金屬環(huán)是同心圓。金屬環(huán)中的自由電荷在渦旋電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng),形成了感應(yīng)電流渦旋電場(chǎng)力F充當(dāng)非靜電力,其大小與渦旋電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的關(guān)系滿足如果移送電荷q時(shí)非靜電力所做的功為W,那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

圖甲 圖乙

a請(qǐng)推導(dǎo)證明:金屬環(huán)上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為

b經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子與金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余部分)的碰撞。在考慮大量自由電子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí),電子與金屬離子的碰撞結(jié)果可視為導(dǎo)體對(duì)電子有連續(xù)的阻力,其大小可表示為b>0,且為已知的常量)。已知自由電子的電荷量為e,金屬環(huán)中自由電子的總數(shù)為N。展開(kāi)你想象的翅膀,給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型,并在此基礎(chǔ)上,求出金屬環(huán)中的感應(yīng)電流I

3)宏觀與微觀是相互聯(lián)系的。若該金屬單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,請(qǐng)你在(1)和(2)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)該金屬的電阻率ρnb的關(guān)系式。

【答案】1 2a. 見(jiàn)解析;b. 3

【解析】試題分析(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律即可求解感應(yīng)電流;(2)根據(jù)電流的定義式,及自由電子在電場(chǎng)力作用下沿環(huán)運(yùn)動(dòng)的情況求出環(huán)形電流的表達(dá)式;(3)利用前兩問(wèn)的結(jié)論,結(jié)合電阻定律即可求出電阻率。

(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有

根據(jù)歐姆定律有

(2)a.設(shè)金屬環(huán)中自由電子的電荷量為e。一個(gè)自由電子在電場(chǎng)力的作用下沿圓環(huán)運(yùn)動(dòng)一周

電場(chǎng)力做的功

解得

又因?yàn)?/span>

所以

b.假設(shè)電子以速度v沿金屬環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體對(duì)電子的阻力

沿切線方向,根據(jù)牛頓第二定律有

又因?yàn)?/span>

解得:

電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期

(3)由(1)和(2)中的結(jié)論可知

設(shè)金屬導(dǎo)線的橫截面積為S,則有

所以

又因?yàn)?/span>

解得:

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下.磁場(chǎng)中有光滑的水平桌面,在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管.在垂直于試管的水平拉力F作用下,試管向右勻速運(yùn)動(dòng),帶電小球能從試管口處飛出.關(guān)于帶電小球及其在離開(kāi)試管前的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是( 。

A. 小球帶負(fù)電

B. 小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線

C. 洛倫茲力對(duì)小球做正功

D. 要保持試管勻速運(yùn)動(dòng),拉力F應(yīng)逐漸增大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】健身車上裝有金屬電磁阻尼飛輪,飛輪附近固定一電磁鐵,示意圖如圖所示,人在健身時(shí)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng).則(  )

A. 飛輪轉(zhuǎn)速越大,阻尼越大

B. 電磁鐵所接電壓越大,阻尼越大

C. 飛輪材料電阻率越大,阻尼越大

D. 飛輪材料密度越大,阻尼越大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)該線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示。已知線圈總電阻為2 Ω,則

A. t=1.0s時(shí)線圈平面平行于磁感線

B. t=1.5 s時(shí)線圈中感應(yīng)電流為0

C. t=2.0 s時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0

D. 一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為8 J

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】下列說(shuō)法正確的是________

A.在完全失重的情況下,氣體的壓強(qiáng)為零

B.液體表面張力產(chǎn)生的原因是液體表面層分子較稀疏,分子間的引力大于斥力

C.當(dāng)兩分子間距離大于平衡位置的間距時(shí),分子間的距離越大,分子勢(shì)能越小

D.水中氣泡上浮過(guò)程中,氣泡中的氣體在單位時(shí)間內(nèi)與氣泡壁單位面積碰撞的分子數(shù)減小

E.不可能利用高科技手段將散失在環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用而不引起其他變化

【答案】BDE

【解析】根據(jù)氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因,在完全失重的情況下,氣體的壓強(qiáng)并不為零,A錯(cuò)誤;液體表面張力產(chǎn)生的原因是液體表面層分子較稀疏,分子間的引力大于斥力,B正確;當(dāng)兩分子間距離大于平衡位置的間距時(shí),分子間的距離越大,分子勢(shì)能越大,C錯(cuò)誤;氣泡在水中上浮過(guò)程中,體積增大,溫度基本不變,壓強(qiáng)減小,根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知,D正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律,可知不可能將散失在環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用而不引起其他變化,E正確.

型】填空
結(jié)束】
95

【題目】一定質(zhì)量的理想氣體在a狀態(tài)體積為V1=2L,壓強(qiáng)為p1=3atm,溫度為T1=300K,在b狀態(tài)體積為V2=6L,壓強(qiáng)為p2=1atm,如果建立該氣體的p V圖象如圖所示,讓該氣體沿圖中線段緩慢地從a狀態(tài)變化到b狀態(tài),求:

①氣體處于b狀態(tài)時(shí)的溫度T2;

②從a狀態(tài)到b狀態(tài)的過(guò)程中氣體的最高溫度Tmax.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O處,乙分子從OM間的某處由靜止開(kāi)始沿x軸正方向運(yùn)動(dòng),甲、乙兩分子的分子勢(shì)能Ep與兩分子間距離x的關(guān)系如圖中曲線所示.若M、NP三點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為x1、x2x3,乙分子經(jīng)過(guò)N點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為2E0,則下列說(shuō)法正確的是________

A.乙分子在M點(diǎn)時(shí),甲、乙兩分子間的分子力表現(xiàn)為斥力

B.乙分子在N點(diǎn)時(shí),加速度最小

C.乙分子在M點(diǎn)時(shí),動(dòng)能為E0

D.乙分子在P點(diǎn)時(shí),速度為零

E.乙分子在P點(diǎn)時(shí),分子力的功率為零

【答案】ABC

【解析】乙分子從OM間的某處由靜止開(kāi)始沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中,分子勢(shì)能逐漸減小,分子力一直做正功,可見(jiàn)分子力表現(xiàn)為斥力,A正確;乙分子在N點(diǎn)時(shí)分子勢(shì)能最小,分子力為零,加速度為零,B正確;在M點(diǎn)時(shí),根據(jù)能量守恒定律得,得,C正確;在P點(diǎn)時(shí),根據(jù)能量守恒定律得,得,乙分子在P點(diǎn)時(shí)速度不為零,分子力與速度方向相反,功率不為零,D、E錯(cuò)誤。

型】填空
結(jié)束】
162

【題目】如圖,一質(zhì)量為m的活塞將理想氣體密封在足夠高的導(dǎo)熱汽缸內(nèi),活塞用勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧懸掛于天花板上,系統(tǒng)靜止時(shí),活塞與汽缸底部高度差為L0,彈簧的彈力為3mg.現(xiàn)用左手托住質(zhì)量為2m的物塊,右手將物塊用輕繩掛于汽缸底部,然后左手緩慢下移,直至離開(kāi)物塊.外界大氣壓恒為p0,活塞的橫截面積為S,重力加速度大小為g,不計(jì)一切摩擦和缸內(nèi)氣體的質(zhì)量,環(huán)境溫度保持不變.求汽缸底部掛上物塊后穩(wěn)定時(shí),汽缸下降的高度h.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】兩端的電壓需要由零逐漸增加到3V,并便于操作。已選用的器材有:

直流電源(電壓為4V);

電流表(量程為0—0.6A.內(nèi)阻約0.5Ω);

電壓表(量程為0--3V.內(nèi)阻約3kΩ);

電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干。

實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選下列中的_______(填字母代號(hào))。

A.滑動(dòng)變阻器(最大阻值10Ω,額定電流1A)

B.滑動(dòng)變阻器(最大阻值1kΩ,額定電流0.3A)

上圖為某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中完成的部分電路連接的情況,請(qǐng)你幫他完成其余部分的線路連接____。(用黑色水筆畫(huà)線表示對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線

實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線如圖所示。由曲線可知小燈泡的電阻隨電壓增大而__________(填“增大”、“不變”或“減小”)

如果某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得小燈泡兩端所加電壓如圖所示,請(qǐng)結(jié)合圖線算出此時(shí)小燈泡的電阻是_____Ω(保留兩位有效數(shù)字)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡伏安特性曲線,下列分析正確的是_______

A. 測(cè)得的小燈泡正常發(fā)光的功率偏小,主要是由于電壓表內(nèi)阻引起

B. 測(cè)得的小燈泡正常發(fā)光的功率偏小,主要是由于電流表內(nèi)阻引起

C. 測(cè)得的小燈泡正常發(fā)光的功率偏大,主要是由于電壓表內(nèi)阻引起

D. 測(cè)得的小燈泡正常發(fā)光的功率偏大,主要是由于電流表內(nèi)阻引起

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,I、Ⅳ象限內(nèi)有場(chǎng)強(qiáng)大小E=103V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng),方向與x軸正方向成45°角,Ⅱ、Ⅲ象限內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=l T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直坐標(biāo)平面向里。現(xiàn)有一比荷為l04 C/kg的帶負(fù)電粒子,以速度v0=2×l03 m/s由坐標(biāo)原點(diǎn)O垂直射入磁場(chǎng),速度方向與y軸負(fù)方向成45°角。粒子重力不計(jì)。求:

(1)粒子開(kāi)始在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;

(2)粒子從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次剛進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程所用時(shí)間;

(3)粒子從第二次進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次離開(kāi)磁場(chǎng)兩位置間的距離。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】跳臺(tái)滑雪是冬奧會(huì)中一項(xiàng)極為壯觀的運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)過(guò)程包括助滑、起跳、空中飛行和著陸四個(gè)階段(如圖甲)。其中的助滑過(guò)程可簡(jiǎn)化如下:如圖乙,助滑道由長(zhǎng)為L、傾角為θ的斜坡AB和弧形坡BCD構(gòu)成,ABBCDB處相切,AD的高度差為h,運(yùn)動(dòng)員(可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊)著滑雪板從A端無(wú)初速下滑,沿助滑道滑至D端起跳。 假設(shè)滑雪板與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,運(yùn)動(dòng)員在BCD上克服摩擦力做的功是在AB上克服摩擦力做功的kk<1倍,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。求:

(1)運(yùn)動(dòng)員在斜坡AB上滑行的時(shí)間;

(2)運(yùn)動(dòng)員在D端起跳前的速度大小。

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案