說明:1.若通過計算得到從而得到.同樣給分. 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

第十部分 磁場

第一講 基本知識介紹

《磁場》部分在奧賽考剛中的考點很少,和高考要求的區(qū)別不是很大,只是在兩處有深化:a、電流的磁場引進定量計算;b、對帶電粒子在復合場中的運動進行了更深入的分析。

一、磁場與安培力

1、磁場

a、永磁體、電流磁場→磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

b、磁感強度、磁通量

c、穩(wěn)恒電流的磁場

*畢奧-薩伐爾定律(Biot-Savart law):對于電流強度為I 、長度為dI的導體元段,在距離為r的點激發(fā)的“元磁感應(yīng)強度”為dB 。矢量式d= k,(d表示導體元段的方向沿電流的方向、為導體元段到考查點的方向矢量);或用大小關(guān)系式dB = k結(jié)合安培定則尋求方向亦可。其中 k = 1.0×10?7N/A2 。應(yīng)用畢薩定律再結(jié)合矢量疊加原理,可以求解任何形狀導線在任何位置激發(fā)的磁感強度。

畢薩定律應(yīng)用在“無限長”直導線的結(jié)論:B = 2k 

*畢薩定律應(yīng)用在環(huán)形電流垂直中心軸線上的結(jié)論:B = 2πkI ;

*畢薩定律應(yīng)用在“無限長”螺線管內(nèi)部的結(jié)論:B = 2πknI 。其中n為單位長度螺線管的匝數(shù)。

2、安培力

a、對直導體,矢量式為 = I;或表達為大小關(guān)系式 F = BILsinθ再結(jié)合“左手定則”解決方向問題(θ為B與L的夾角)。

b、彎曲導體的安培力

⑴整體合力

折線導體所受安培力的合力等于連接始末端連線導體(電流不變)的的安培力。

證明:參照圖9-1,令MN段導體的安培力F1與NO段導體的安培力F2的合力為F,則F的大小為

F = 

  = BI

  = BI

關(guān)于F的方向,由于ΔFF2P∽ΔMNO,可以證明圖9-1中的兩個灰色三角形相似,這也就證明了F是垂直MO的,再由于ΔPMO是等腰三角形(這個證明很容易),故F在MO上的垂足就是MO的中點了。

證畢。

由于連續(xù)彎曲的導體可以看成是無窮多元段直線導體的折合,所以,關(guān)于折線導體整體合力的結(jié)論也適用于彎曲導體。(說明:這個結(jié)論只適用于勻強磁場。)

⑵導體的內(nèi)張力

彎曲導體在平衡或加速的情形下,均會出現(xiàn)內(nèi)張力,具體分析時,可將導體在被考查點切斷,再將被切斷的某一部分隔離,列平衡方程或動力學方程求解。

c、勻強磁場對線圈的轉(zhuǎn)矩

如圖9-2所示,當一個矩形線圈(線圈面積為S、通以恒定電流I)放入勻強磁場中,且磁場B的方向平行線圈平面時,線圈受安培力將轉(zhuǎn)動(并自動選擇垂直B的中心軸OO′,因為質(zhì)心無加速度),此瞬時的力矩為

M = BIS

幾種情形的討論——

⑴增加匝數(shù)至N ,則 M = NBIS ;

⑵轉(zhuǎn)軸平移,結(jié)論不變(證明從略);

⑶線圈形狀改變,結(jié)論不變(證明從略);

*⑷磁場平行線圈平面相對原磁場方向旋轉(zhuǎn)α角,則M = BIScosα ,如圖9-3;

證明:當α = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有垂直轉(zhuǎn)軸的的分量Bcosα才能產(chǎn)生力矩…

⑸磁場B垂直O(jiān)O′軸相對線圈平面旋轉(zhuǎn)β角,則M = BIScosβ ,如圖9-4。

證明:當β = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有平行線圈平面的的分量Bcosβ才能產(chǎn)生力矩…

說明:在默認的情況下,討論線圈的轉(zhuǎn)矩時,認為線圈的轉(zhuǎn)軸垂直磁場。如果沒有人為設(shè)定,而是讓安培力自行選定轉(zhuǎn)軸,這時的力矩稱為力偶矩。

二、洛侖茲力

1、概念與規(guī)律

a、 = q,或展開為f = qvBsinθ再結(jié)合左、右手定則確定方向(其中θ為的夾角)。安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。

b、能量性質(zhì)

由于總垂直確定的平面,故總垂直 ,只能起到改變速度方向的作用。結(jié)論:洛侖茲力可對帶電粒子形成沖量,卻不可能做功。或:洛侖茲力可使帶電粒子的動量發(fā)生改變卻不能使其動能發(fā)生改變。

問題:安培力可以做功,為什么洛侖茲力不能做功?

解說:應(yīng)該注意“安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)”這句話的確切含義——“宏觀體現(xiàn)”和“完全相等”是有區(qū)別的。我們可以分兩種情形看這個問題:(1)導體靜止時,所有粒子的洛侖茲力的合力等于安培力(這個證明從略);(2)導體運動時,粒子參與的是沿導體棒的運動v1和導體運動v2的合運動,其合速度為v ,這時的洛侖茲力f垂直v而安培力垂直導體棒,它們是不可能相等的,只能說安培力是洛侖茲力的分力f1 = qv1B的合力(見圖9-5)。

很顯然,f1的合力(安培力)做正功,而f不做功(或者說f1的正功和f2的負功的代數(shù)和為零)。(事實上,由于電子定向移動速率v1在10?5m/s數(shù)量級,而v2一般都在10?2m/s數(shù)量級以上,致使f1只是f的一個極小分量。)

☆如果從能量的角度看這個問題,當導體棒放在光滑的導軌上時(參看圖9-6),導體棒必獲得動能,這個動能是怎么轉(zhuǎn)化來的呢?

若先將導體棒卡住,回路中形成穩(wěn)恒的電流,電流的功轉(zhuǎn)化為回路的焦耳熱。而將導體棒釋放后,導體棒受安培力加速,將形成感應(yīng)電動勢(反電動勢)。動力學分析可知,導體棒的最后穩(wěn)定狀態(tài)是勻速運動(感應(yīng)電動勢等于電源電動勢,回路電流為零)。由于達到穩(wěn)定速度前的回路電流是逐漸減小的,故在相同時間內(nèi)發(fā)的焦耳熱將比導體棒被卡住時少。所以,導體棒動能的增加是以回路焦耳熱的減少為代價的。

2、僅受洛侖茲力的帶電粒子運動

a、時,勻速圓周運動,半徑r =  ,周期T = 

b、成一般夾角θ時,做等螺距螺旋運動,半徑r =  ,螺距d = 

這個結(jié)論的證明一般是將分解…(過程從略)。

☆但也有一個問題,如果將分解(成垂直速度分量B2和平行速度分量B1 ,如圖9-7所示),粒子的運動情形似乎就不一樣了——在垂直B2的平面內(nèi)做圓周運動?

其實,在圖9-7中,B1平行v只是一種暫時的現(xiàn)象,一旦受B2的洛侖茲力作用,v改變方向后就不再平行B1了。當B1施加了洛侖茲力后,粒子的“圓周運動”就無法達成了。(而在分解v的處理中,這種局面是不會出現(xiàn)的。)

3、磁聚焦

a、結(jié)構(gòu):見圖9-8,K和G分別為陰極和控制極,A為陽極加共軸限制膜片,螺線管提供勻強磁場。

b、原理:由于控制極和共軸膜片的存在,電子進磁場的發(fā)散角極小,即速度和磁場的夾角θ極小,各粒子做螺旋運動時可以認為螺距彼此相等(半徑可以不等),故所有粒子會“聚焦”在熒光屏上的P點。

4、回旋加速器

a、結(jié)構(gòu)&原理(注意加速時間應(yīng)忽略)

b、磁場與交變電場頻率的關(guān)系

因回旋周期T和交變電場周期T′必相等,故 =

c、最大速度 vmax = = 2πRf

5、質(zhì)譜儀

速度選擇器&粒子圓周運動,和高考要求相同。

第二講 典型例題解析

一、磁場與安培力的計算

【例題1】兩根無限長的平行直導線a、b相距40cm,通過電流的大小都是3.0A,方向相反。試求位于兩根導線之間且在兩導線所在平面內(nèi)的、與a導線相距10cm的P點的磁感強度。

【解說】這是一個關(guān)于畢薩定律的簡單應(yīng)用。解題過程從略。

【答案】大小為8.0×10?6T ,方向在圖9-9中垂直紙面向外。

【例題2】半徑為R ,通有電流I的圓形線圈,放在磁感強度大小為B 、方向垂直線圈平面的勻強磁場中,求由于安培力而引起的線圈內(nèi)張力。

【解說】本題有兩種解法。

方法一:隔離一小段弧,對應(yīng)圓心角θ ,則弧長L = θR 。因為θ 

查看答案和解析>>

(Ⅰ)某實驗小組設(shè)計了如圖(a)所示的實驗裝置研究加速度和力的關(guān)系.
實驗裝置主要部件為位移傳感器的發(fā)射器和接收器,分別固定在軌道右端和小車上;通過傳感器測定兩者間位移變化,從而測出小車的加速度.

(1)在該實驗中采用的方法是______:保持小車的總質(zhì)量不變,用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力,用傳感器測小車的加速度.通過改變鉤碼的數(shù)量,多次重復測量,可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象.
該實驗小組在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a-F圖線,如圖 (b)所示,可知在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的圖線是______ (選填“①”或“②”).
(2)隨著鉤碼的數(shù)量逐漸增大,圖(b)中的圖線明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是______.
A.小車與軌道之間存在摩擦
B.導軌保持了水平狀態(tài)
C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大
D.所用小車的質(zhì)量太大
(Ⅱ)(1)某同學想測繪標有“3.8V 0.4A”字樣的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象,除了導線和開關(guān)外,有下列一些器材可供選擇:
A.電源E(電動勢為4V,內(nèi)阻約為0.04Ω).
B.電壓表V1 (量程為5V,內(nèi)阻約為5kΩ);
C.電流表A1 (量程為100mA,內(nèi)阻約為2Ω);
D.電流表A2 (量程為0.6A,內(nèi)阻約為0.3Ω);
E.滑動變阻器R1(最大阻值為5Ω);
F.滑動變阻器R2(最大阻值為100Ω);
G.開關(guān)及導線若干
為了調(diào)節(jié)方便,測量準確,實驗中應(yīng)選用電流表______,滑動變阻器______ (填器材前面的選項代號)
(2)選好器材后,該同學按照該實驗要求連接電路,請完成圖甲中的實物連線.
(3)該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算并描繪出R-U的圖象如圖乙所示.由圖象可知,此燈泡在不工作時,燈絲的電阻為______Ω;
(4)任何實驗過程中均存在誤差,已知本實驗中所用的測量儀器均已校準.下列有關(guān)誤差的說法中正確的是______.
A.該實驗中的誤差來源主要是電流表的分壓作用;
B.由于電表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差,可以通過作圖法消除;
C.若將電表的內(nèi)阻計算在內(nèi),可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差;
D.用R-U圖象處理數(shù)據(jù),可以有效的消除由于讀數(shù)引起的失誤.

查看答案和解析>>

(2013?潮州二模)(Ⅰ)某實驗小組設(shè)計了如圖(a)所示的實驗裝置研究加速度和力的關(guān)系.
實驗裝置主要部件為位移傳感器的發(fā)射器和接收器,分別固定在軌道右端和小車上;通過傳感器測定兩者間位移變化,從而測出小車的加速度.

(1)在該實驗中采用的方法是
控制變量法
控制變量法
:保持小車的總質(zhì)量不變,用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力,用傳感器測小車的加速度.通過改變鉤碼的數(shù)量,多次重復測量,可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象.
該實驗小組在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a-F圖線,如圖 (b)所示,可知在軌道右側(cè)抬高成為斜面情況下得到的圖線是
 (選填“①”或“②”).
(2)隨著鉤碼的數(shù)量逐漸增大,圖(b)中的圖線明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是
C
C

A.小車與軌道之間存在摩擦
B.導軌保持了水平狀態(tài)
C.所掛鉤碼的總質(zhì)量太大
D.所用小車的質(zhì)量太大
(Ⅱ)(1)某同學想測繪標有“3.8V 0.4A”字樣的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象,除了導線和開關(guān)外,有下列一些器材可供選擇:
A.電源E(電動勢為4V,內(nèi)阻約為0.04Ω).
B.電壓表V1 (量程為5V,內(nèi)阻約為5kΩ);
C.電流表A1 (量程為100mA,內(nèi)阻約為2Ω);
D.電流表A2 (量程為0.6A,內(nèi)阻約為0.3Ω);
E.滑動變阻器R1(最大阻值為5Ω);
F.滑動變阻器R2(最大阻值為100Ω);
G.開關(guān)及導線若干
為了調(diào)節(jié)方便,測量準確,實驗中應(yīng)選用電流表
D
D
,滑動變阻器
E
E
 (填器材前面的選項代號)
(2)選好器材后,該同學按照該實驗要求連接電路,請完成圖甲中的實物連線.
(3)該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù),計算并描繪出R-U的圖象如圖乙所示.由圖象可知,此燈泡在不工作時,燈絲的電阻為
1.5
1.5
Ω;
(4)任何實驗過程中均存在誤差,已知本實驗中所用的測量儀器均已校準.下列有關(guān)誤差的說法中正確的是
CD
CD

A.該實驗中的誤差來源主要是電流表的分壓作用;
B.由于電表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差,可以通過作圖法消除;
C.若將電表的內(nèi)阻計算在內(nèi),可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差;
D.用R-U圖象處理數(shù)據(jù),可以有效的消除由于讀數(shù)引起的失誤.

查看答案和解析>>

在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,打點計時器所用電源頻率為50Hz,當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80m/s2,測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg.甲、乙、丙三學生分別用同一裝置打出三條紙帶,量出各紙帶上第1、2兩點間的距離分別為0.12cm,0.19cm和0.25cm,其中驗證測量不能使用的紙帶是
0.25cm
0.25cm
,其錯誤的操作應(yīng)是:
先釋放紙帶后接通打點計時器
先釋放紙帶后接通打點計時器
.而甲同學實驗得到的紙帶第1、2兩點間的距離為0.12cm,說明
紙帶受到的阻力較大
紙帶受到的阻力較大
,所以
不能
不能
(填:“能”或“不能”)使用這個紙帶進行測量驗證機械能守恒定律.若按實驗要求正確地選出紙帶進行測量,量得連續(xù)三個點A、B、C到第一個點的距離如圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02s),那么,
(1)紙帶的
端與重物相連;
(2)打點計數(shù)器打下計數(shù)點B時,物體的速度VB=
0.98
0.98
m/s;
(3)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中,重力勢能減少量是△EP=
0.49
0.49
J,此過程中物體動能的增加量是△EK=
0.48
0.48
J;
(4)通過計算,數(shù)值上△EP
△EK(填:“>”、“=”或“<”),這是因為
物體下落過程中存在阻力,
物體下落過程中存在阻力,

(5)實驗的結(jié)論是
在誤差允許的范圍內(nèi),機械能守恒
在誤差允許的范圍內(nèi),機械能守恒

查看答案和解析>>

選做題(請從A、B和C三小題中選定兩小題作答,并在答題卡上把所選題目對應(yīng)字母前的方框涂滿涂黑.如都作答,則按A、B兩小題評分.)
A.(選修模塊3-3)
(1)下列說法正確的是
 

A.只要外界對氣體做功,氣體內(nèi)能一定增大
B.物體由氣態(tài)變成液態(tài)的過程,分子勢能減小
C.當分子間距離增大時,分子間引力增大,而分子間斥力減小
D.液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的分子勢能
(2)如圖所示精英家教網(wǎng),彈簧一端固定于水平面上,另一端與質(zhì)量為m的活塞拴接在一起,開口向下、質(zhì)量為M的氣缸與活塞一起封閉了一定質(zhì)量的氣體.氣缸和活塞均可與外界進行熱交換.若外界環(huán)境的溫度緩慢降低,則封閉氣體的體積將
 
(填“增大”、“減小”或“不變”),同時將
 
(填“吸熱”、“放熱”或“既不吸熱,也不放熱”).
(3)某種油的密度為ρ,摩爾質(zhì)量為M.取體積為V的油慢慢滴出,可滴n滴.將其中一滴滴在廣闊水面上,形成面積為S的單分子油膜.試估算:①阿伏加德羅常數(shù);②其中一滴油滴含有的分子數(shù).
B.(選修模塊3-4)
(1)以下說法中正確的是
 

A.隱形戰(zhàn)機表面涂料利用了干涉原理,對某些波段的電磁波,涂料膜前后表面反射波相互抵消
B.全息照片往往用激光來拍攝,主要是利用了激光的相干性
C.根據(jù)宇宙大爆炸學說,遙遠星球發(fā)出的紅光被地球接收到時可能是紅外線
D.海市蜃樓是光的色散現(xiàn)象引起的
(2)有兩個同學利用假期分別去參觀北大和南大的物理實驗室,各自在那里利用先進的DIS系統(tǒng)較準確地探究了“單擺的周期T與擺長L的關(guān)系”,他們通過校園網(wǎng)交換實驗數(shù)據(jù),并由計算機繪制了T2~L圖象,如圖甲所示.去北大的同學所測實驗結(jié)果對應(yīng)的圖線是
 
(選填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同學還利用計算機繪制了其在實驗室
得到的兩個單擺的振動圖象(如圖乙),由圖可知,兩單擺擺長之比
La
Lb
=
 

精英家教網(wǎng)
(3)如圖所示,半圓玻璃磚的半徑R=10cm,折射率為n=
3
,直徑AB與屏幕垂直并接觸于A點.激光a以入射角i=30°射向半圓玻璃磚的圓心O,結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個光斑.求兩個光斑之間的距離L.
精英家教網(wǎng)
C.(選修模塊3-5)
(1)下列說法正確的有
 

A.盧瑟福的α粒子散射實驗可以估測原子核的大小
B.氫原子輻射出一個光子后,氫原子的電勢能增大,核外電子的運動加速度增大
C.物質(zhì)波是一種概率波,在微觀物理學中不可以用“軌跡”來描述粒子的運動
D.β衰變說明了β粒子(電子)是原子核的組成部分
(2)如圖為氫原子的能級圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時,發(fā)出多個能量不同的光子,其中頻率最大的光子能量為
 
eV,若用此光照射逸出功為2.75V的光電管上,則加在該光電管上的反向遏止電壓為
 
V
精英家教網(wǎng)
(3)查德威克通過α粒子轟擊鈹核的實驗發(fā)現(xiàn)了中子.
完成下列核反應(yīng)方程:24He+49Be
 

通過在云室中讓中子與靜止的已知質(zhì)量的核發(fā)生正碰的實驗可以測定中子的質(zhì)量,若已知被碰核氮核的質(zhì)量為M,中子的入射速度大小為v,反彈速度大小為
13v
15
,氮核在碰撞中獲得的速度大小為
2v
15
,則中子的質(zhì)量多大?

查看答案和解析>>

學科網(wǎng)(Zxxk.Com)26.(10分)(1)硝酸不穩(wěn)定,如果采用強熱條件,則會使生成的硝酸分解。(3分)

(2)             (3分)

 

(3)解:設(shè)步驟①中氨氣的轉(zhuǎn)化率為。   

 

元素守恒可得:

    ――――

                   

        

       

  

答:步驟①中氨氣的轉(zhuǎn)化率為。(4分) 

 

學科網(wǎng)(Zxxk.Com) 27.(15分)(1)鈣  (每空2分,共6分)

 

 

(2)   (每空2分,共4分)

(3)①  (3分)

  ② (2分)

28.(20分)

  (1)  (3分)

(2)   (2分)

取下試管口的單孔橡皮塞,將試管傾斜(或橫放),再將盛有粉末狀固體藥品的藥匙(或紙槽)伸入試管底部,最后將試管直立。(3分)

(3) 、、 (2分)  

(4)飽和食鹽水; (每空2分,共4分)

(5)正極(1分), (2分)

29.(15分)(1)152  (每個2分,共4分)

學科網(wǎng)(Zxxk.Com)學科網(wǎng)(Zxxk.Com)

 

 

 

 

 

 

酯化反應(yīng)(或取代反應(yīng))(2分)

(4)分別取樣于兩支試管中,各滴加溶液少許,溶液呈現(xiàn)紫色的試管中原溶液為苯酚(E)溶液,不呈紫色的原溶液是苯甲酸(F)溶液。(2分)

  或取樣后分別加入溶液,有氣泡冒出的原溶液是苯甲酸(F)溶液;無明顯現(xiàn)象的原溶液是苯酚(E)溶液。

30.(22分)

    (1)符合(2分)①玉米苗顏色由非同染色體上的2對等位基因(A和a、B和b)控制(3分);②綠苗為雙雜合子的,自交后產(chǎn)生9種基因型 (3分);③兩對基因中都有顯性基因存在時玉米苗才表現(xiàn)為綠色。所以綠苗:白化苗=9:7。(3分)(若用遺傳圖解說明,合理也給分)

(2)(6分,每空2分)  、、、相同

(3)不行(2 分),因為玉米食用的部分主要是胚乳,傳粉受阻影響受精,不能形成胚乳,用生長素類似物處理達不到目的。(3分)

31.(20分)

Ⅰ.右(2分)  葉片進行光合作用釋放出的:多于呼吸作用消耗,A瓶中的增加,A瓶浮力大于B瓶;(2分)

左偏(2分)  黑暗條件下呼吸作用消耗釋放,被緩沖液吸收,導致A瓶內(nèi)氣體減少,浮力減小。(2分)

Ⅱ.(1)步驟l: (2分)

     步驟2:將裝置放在黑暗條件下測量。(3分)

     步驟3:剪去幼苗根系,按步驟2再測一次。(3分)

  (2)若小于,則植物幼苗地上部分向根系提供氧(2分)

     若t,大于或等于t2,則植物幼苗地上部分不能向根系提供氧(2分)

 

 

 

 

 

 


同步練習冊答案