【題目】對于同一物理問題,常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究,找出其內(nèi)在聯(lián)系,從而更加深刻的理解其物理本質(zhì)。一段長為l、電阻率為ρ、橫截面積為S的細(xì)金屬直導(dǎo)線,單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子,電子電荷量為e、質(zhì)量為m。

1)當(dāng)該導(dǎo)線通有恒定的電流I時(shí):

①請根據(jù)電流的定義,推導(dǎo)出導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率v;

②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,該碰撞過程將對電子的定向移動(dòng)形成一定的阻礙作用,該作用可等效為施加在電子上的一個(gè)沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子定向移動(dòng)的速率成正比,比例系數(shù)為k。請根據(jù)以上的描述構(gòu)建物理模型,推導(dǎo)出比例系數(shù)k的表達(dá)式。

2)將上述導(dǎo)線彎成一個(gè)閉合圓線圈,若該不帶電的圓線圈繞通過圓心且垂直于線圈平面的軸勻速率轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中不會有電流通過,若線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小發(fā)生變化,線圈中會有電流通過,這個(gè)現(xiàn)象首先由斯泰瓦和托爾曼在1917年發(fā)現(xiàn),被稱為斯泰瓦托爾曼效應(yīng)。這一現(xiàn)象可解釋為:當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小均勻變化時(shí),由于慣性,自由電子與線圈中的金屬離子間產(chǎn)生定向的相對運(yùn)動(dòng)。取線圈為參照物,金屬離子相對靜止,由于慣性影響,可認(rèn)為線圈中的自由電子受到一個(gè)大小不變、方向始終沿線圈切線方向的力,該力的作用相當(dāng)于非靜電力的作用。

已知某次此線圈勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,該切線方向的力的大小恒為F。根據(jù)上述模型回答下列問題:

求一個(gè)電子沿線圈運(yùn)動(dòng)一圈,該切線方向的力F做功的大;

推導(dǎo)該圓線圈中的電流 的表達(dá)式。

【答案】1)①;② ne2ρ;2)① Fl;② 。

【解析】

1)①一小段時(shí)間內(nèi),流過導(dǎo)線橫截面的電子個(gè)數(shù)為:

對應(yīng)的電荷量為:

根據(jù)電流的定義有:

解得:

②從能量角度考慮,假設(shè)金屬中的自由電子定向移動(dòng)的速率不變,則電場力對電子做的正功與阻力對電子做的負(fù)功大小相等,即:

又因?yàn)椋?/span>

聯(lián)立以上兩式得:

2)①電子運(yùn)動(dòng)一圈,非靜電力做功為:

②對于圓線圈這個(gè)閉合回路,電動(dòng)勢為:

根據(jù)閉合電路歐姆定律,圓線圈這個(gè)閉合回路的電流為:

聯(lián)立以上兩式,并根據(jù)電阻定律:

解得:

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示四幅插圖,關(guān)于該四幅圖示的運(yùn)動(dòng)過程中物體機(jī)械能不守恒的是(  )

A. 圖甲中,滑雪者沿光滑斜面自由下滑

B. 圖乙中,過山車關(guān)閉油門后通過不光滑的豎直圓軌道

C. 圖丙中,小球在光滑水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

D. 圖丁中,石塊從高處被斜向上拋出后在空中運(yùn)動(dòng)(不計(jì)空氣阻力)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】圖(a)為分壓器接法電路圖,電源電動(dòng)勢為E,內(nèi)電阻不計(jì),變阻器最大阻值.閉合開關(guān)S后,當(dāng)負(fù)載電阻分別為時(shí),負(fù)載電阻兩端的電壓U隨變阻器本身a、b兩點(diǎn)的阻值變化的圖線應(yīng)大致分別接近于圖(b)中的( ).

A.圖線1和圖線2B.圖線1和圖線3C.圖線2和圖線4D.圖線3和圖線4

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】為了測定電源電動(dòng)勢E的大小、內(nèi)電阻r和定值電阻R0的阻值,某同學(xué)利用DIS設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路.閉合電鍵S1,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向某一方向移動(dòng)時(shí),用電壓傳感器1、電壓傳感器2和電流傳感器測得數(shù)據(jù),并根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)分別描繪了如圖乙所示的M、N兩條U﹣I直線.請回答下列問題:

(1)根據(jù)圖乙中的M、N兩條直線可知______

A.直線M是根據(jù)電壓傳感器1和電流傳感器的數(shù)據(jù)畫得的

B.直線M是根據(jù)電壓傳感器2和電流傳感器的數(shù)據(jù)畫得的

C.直線N是根據(jù)電壓傳感器1和電流傳感器的數(shù)據(jù)畫得的

D.直線N是根據(jù)電壓傳感器2和電流傳感器的數(shù)據(jù)畫得的

(2)圖象中兩直線交點(diǎn)處電路中的工作狀態(tài)是 ____

A. 滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭P滑到了最左端

B. 該電源在該電路中的總功率最小

C. 定值電阻R0上消耗的功率為0.5W

D. 該電源在該電路中的效率達(dá)到最大

(3)根據(jù)圖乙可以求得定值電阻R0=____Ω,電源電動(dòng)勢E=___V,內(nèi)電阻r=___Ω.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示是一種延時(shí)開關(guān),當(dāng)S1閉合時(shí),電磁鐵F將銜鐵D吸下,C線路接通,當(dāng)S1斷開時(shí),由于電磁感應(yīng)作用,D將延遲一段時(shí)間才被釋放,則( )

A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用

B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用

C.如果斷開B線圈的電鍵S2,無延時(shí)作用

D.如果斷開B線圈的電鍵S2,延時(shí)將變長

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在地面附近,存在著一有界電場,邊界MN將空間分成上下兩個(gè)區(qū)域、,在區(qū)域中有豎直向上的勻強(qiáng)電場,在區(qū)域I中離邊界某一高度由靜止釋放一質(zhì)量為m的帶電小球A,如圖甲所示,小球運(yùn)動(dòng)的v﹣t圖象如圖乙所示,不計(jì)空氣阻力,則( )

A. 小球受到的重力與電場力之比為35

B. t=5s時(shí),小球經(jīng)過邊界MN

C. 在小球向下運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中,重力做的功大于電場力做功

D. 1s4s過程中,小球的機(jī)械能先減小后增大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】我國的航空航天事業(yè)取得了巨大成就。20131214,"嫦娥三號”探測器在月球上的虹灣區(qū)成功實(shí)現(xiàn)軟著陸!版隙鹑枴痹谥懬敖(jīng)歷了發(fā)射入軌、地月轉(zhuǎn)移、環(huán)月飛行等一系列過程,如圖為“嫦娥三號”的飛行軌道示意圖。當(dāng)“嫦娥三號”在環(huán)月段上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)行軌道距離月球表面的高度為H,已知月球的質(zhì)量為M,“嫦娥三號”的質(zhì)量為m,月球半徑為,引力常量為G,忽略月球自轉(zhuǎn)影響。求“嫦娥三號”在環(huán)月段上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí):

1)與月球之間的萬有引力;

2)運(yùn)行速度;

3)運(yùn)行周期。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與一質(zhì)量為m、套在光滑豎直固定桿A處的圓環(huán)相連,彈簧水平且處于原長.圓環(huán)從A處由靜止開始下滑,經(jīng)過B處的速度最大,到達(dá)C處的速度為零,重力加速度為g(  )

A. AC的過程中,圓環(huán)的加速度先減小后增大

B. AC的過程中,圓環(huán)的動(dòng)能與重力勢能之和先增大后減少

C. AB的過程中圓環(huán)動(dòng)能的增加量小于重力勢能的減少量

D. C處時(shí),彈簧的彈性勢能為mgh

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】2013122日,嫦娥三號探月衛(wèi)星沿地月轉(zhuǎn)移軌道直奔月球,從環(huán)月圓軌道上的P點(diǎn)實(shí)施變軌進(jìn)入橢圓軌道,再由近月點(diǎn) Q開始進(jìn)行動(dòng)力下降,最后于20131214日成功落月.假設(shè)嫦娥三號在環(huán)月段圓軌道和橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),只受到月球的萬有引力.下列說法正確的是

A.若已知環(huán)月段圓軌道的半徑、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量,則可以計(jì)算出月球的密度

B.在環(huán)月段圓軌道上運(yùn)行周期比在環(huán)月段橢圓軌道上的周期大

C.在環(huán)月段圓軌道上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速才能進(jìn)入環(huán)月段橢圓軌道

D.沿環(huán)月段橢圓軌道運(yùn)行時(shí),在P點(diǎn)的加速度大于在Q點(diǎn)的加速度

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