【題目】磁學(xué)的研究經(jīng)歷了磁荷觀點(diǎn)和電流觀點(diǎn)的發(fā)展歷程。

（1）早期磁學(xué)的研究認(rèn)為磁性源于磁荷，即磁鐵N極上聚集著正磁荷，S極上聚集著負(fù)磁荷（磁荷與我們熟悉的電荷相對(duì)應(yīng)）。類似兩電荷間的電場(chǎng)力，米歇爾和庫(kù)侖通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出了兩磁極間的作用力，其中p1和p2表示兩點(diǎn)磁荷的磁荷量，r是真空中兩點(diǎn)磁荷間的距離，Km為常量。

請(qǐng)類比電場(chǎng)強(qiáng)度的定義方法寫出磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小及方向的定義；并求出在真空中磁荷量為P0的正點(diǎn)磁荷的磁場(chǎng)中，距該點(diǎn)磁荷為R1處的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小H1。

（2）安培分子電流假說(shuō)開啟了近代磁學(xué)，認(rèn)為磁性源于運(yùn)動(dòng)的電荷，科學(xué)的發(fā)展證實(shí)了分子電流由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)形成。畢奧、薩伐爾等人得出了研究結(jié)論：半徑為Rx、電流為Ix的環(huán)形電流中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，其中Kn為已知常量。

a．設(shè)氫原子核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，靜電力常量為k，求該“分子電流”在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1。

b．有人用電流觀點(diǎn)解釋地磁成因：在地球內(nèi)部的古登堡面附近集結(jié)著繞地軸轉(zhuǎn)動(dòng)的管狀電子群，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，該電子群形成的電流產(chǎn)生了地磁場(chǎng)。如圖所示，為簡(jiǎn)化問題，假設(shè)古登堡面的半徑為R，電子均勻分布在距地心R、直徑為d的管道內(nèi)，且dR。試證明：此管狀電子群在地心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2 ∝ω 。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

（1）磁場(chǎng)強(qiáng)度H的定義為：放入磁場(chǎng)中某點(diǎn)的檢驗(yàn)磁荷所受磁場(chǎng)力的F跟該磁荷的磁荷量P的比值，叫做該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

定義式為

磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與正檢驗(yàn)磁荷在該點(diǎn)所受的磁場(chǎng)力方向相同。

在真空中距正點(diǎn)磁荷為R1處放一磁荷量為P的正檢驗(yàn)磁荷，則該檢驗(yàn)磁荷所受的磁場(chǎng)力為

由磁場(chǎng)強(qiáng)度的定義可得

（2）a．設(shè)電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，由牛頓定律得

①

等效的“分子電流”大小為

②

分子電流I在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

③

由①②③式聯(lián)立可得

b．【方法一】

設(shè)管狀電子群的總電荷量為Q，則其轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為

④

定向轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的等效電流為

⑤

管狀電流I1在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

⑥

由④⑤⑥式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

【方法二】

由于Rd，管狀電子群中電荷繞地軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平均速率為

⑦

且短時(shí)間內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)可近似為直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n，則內(nèi)通過(guò)管狀電流某橫截面的總電荷量為

⑧

管狀電流的橫截面積為

⑨

由電流的定義可得

⑩

由⑥⑦⑧⑨⑩式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

【方法三】

設(shè)管狀電子群中單位長(zhǎng)度的電子數(shù)為N個(gè)，則

內(nèi)通過(guò)管狀電流某橫截面的總電荷量為

由⑥⑦⑩式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

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】某同學(xué)在進(jìn)行擴(kuò)大電流表量程的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要知道電流表的滿偏電流和內(nèi)阻。他設(shè)計(jì)了一個(gè)用標(biāo)準(zhǔn)電流表G1來(lái)校對(duì)待測(cè)電流表G2的滿偏電流和測(cè)定G2內(nèi)阻的電路，如圖所示。已知G1的量程略大于G2的量程，圖中R1為滑動(dòng)變阻器，R2為電阻箱。該同學(xué)順利完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

①實(shí)驗(yàn)過(guò)程包含以下步驟，其合理的順序依次為（填步驟的字母代號(hào)）；

A．合上開關(guān)S2

B．分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大

C．記下R2的最終讀數(shù)

D．反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使Ｇ２的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時(shí)R２的最終讀數(shù)為r

E．合上開關(guān)S1

F．調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，此時(shí)G1的示數(shù)為I1，記下此時(shí)G1的示數(shù)

②僅從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測(cè)量值與真實(shí)值相比（填“偏大”、“偏小”或“相等”）；

③若要將G2的量程擴(kuò)大為I，并結(jié)合前述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量的結(jié)果，寫出須在G2上并聯(lián)的分流電阻RS的表達(dá)式，RS。

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】四種電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布情況如圖所示。將一檢驗(yàn)電荷分別放在場(chǎng)中a、b兩點(diǎn)，則該檢驗(yàn)電荷在a、b兩點(diǎn)所受的電場(chǎng)力以及電勢(shì)能均相同的是

A.甲圖中，與正點(diǎn)電荷等距離的a、b兩點(diǎn)

B.乙圖中，兩等量異種點(diǎn)電荷連線中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)

C.丙圖中，兩等量同種點(diǎn)電荷連線中垂線上與連線等距的a、b兩點(diǎn)

D.丁圖中，某非勻強(qiáng)電場(chǎng)中同一條電場(chǎng)線上的a、b兩點(diǎn)

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)。

(1)用刻度尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度和直徑，某次測(cè)量結(jié)果如圖所示，在此次測(cè)量中該金屬絲的長(zhǎng)度為___________cm，直徑為___________mm。

(2)已知待測(cè)金屬絲的電阻值Rx約為5Ω�？晒┻x擇的器材有：

電源E：電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω

電流表A1：量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω

電流表A2：量程0～3A，內(nèi)阻約0.025Ω

電壓表V1：量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ

電壓表V2：量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ

滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5Ω，允許最大電流2A

滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值1000Ω，允許最大電流0.6A

開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。

在上述器材中，應(yīng)該選用的電流表是______，應(yīng)該選用的電壓表是______。若想盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器是______（填寫儀器的字母代號(hào)）。

（3）用所選的器材，在答題紙對(duì)應(yīng)的方框中畫出電路圖__________。

（4）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的誤差，下列說(shuō)法正確的是________。

A．對(duì)金屬絲的直徑多次測(cè)量求平均值，可消除誤差

B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差

C．利用電流I隨電壓U的變化圖線求Rx可減小偶然誤差

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】某班物理實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”�？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示.

(1)下列說(shuō)法正確的是_______。

A．為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)

B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測(cè)量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“直流電壓擋”

C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對(duì)副線圈電壓的影響

D．測(cè)量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測(cè)，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量

E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈

F．變壓器開始正常工作后，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能，在副線圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)能的作用

(2)如圖丙所示，某同學(xué)自己繞制了兩個(gè)線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說(shuō)法正確的是___________。

A．與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力

B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變

C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過(guò)載指示燈可能會(huì)亮起

(3)理想變壓器是一種理想化模型。請(qǐng)分析說(shuō)明該模型應(yīng)忽略哪些次要因素________；并證明：理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比，即.

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】某物理學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)一塊電壓表和一塊多用電表的歐姆擋接成電路就能一次性既能測(cè)出電壓表的內(nèi)阻又能測(cè)出多用電表中歐姆擋的內(nèi)部電源的電動(dòng)勢(shì)．已知電壓表的內(nèi)阻約在15～25 kΩ之間，量程為15 V，多用電表歐姆擋的電阻刻度中間值為20.

（1）.請(qǐng)用筆跡代替導(dǎo)線將紅、黑表筆連在電壓表上____．

（2）.他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，歐姆的選擇開關(guān)應(yīng)撥至倍率為“×________”．

（3）.在實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們讀出電壓表的讀數(shù)為U，歐姆表指針?biāo)傅目潭葹?/span>n，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一切操作都是正確的，由此可得歐姆表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為________．

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】如圖，在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E；在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一個(gè)氕核和一個(gè)氘核先后從y軸上y＝h點(diǎn)以相同的動(dòng)能射出，速度方向沿x軸正方向．已知進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，速度方向與x軸正方向的夾角為，并從坐標(biāo)原點(diǎn)O處第一次射出磁場(chǎng). 氕核的質(zhì)量為m，電荷量為q. 氘核的質(zhì)量為2m，電荷量為q，不計(jì)重力．求：

(1)第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的位置到原點(diǎn)O的距離；

(2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小；

(3)第一次進(jìn)入磁場(chǎng)到第一次離開磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間．

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】（1）在湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后，對(duì)于原子中正負(fù)電荷的分布的問題，科學(xué)家們提出了許多模型，最后他們認(rèn)定：占原子質(zhì)量絕大部分的正電荷集中在很小的空間范圍內(nèi)，電子繞正電荷旋轉(zhuǎn)。此模型稱原子的有核模型。最先提出原子有核模型的科學(xué)家是_____________。他所根據(jù)的實(shí)驗(yàn)是_______________

（2）寫出下列兩個(gè)核反應(yīng)的反應(yīng)方程（鋁核）俘獲一個(gè)粒子后放出一個(gè)中子：____________；粒子轟擊（氮核）放出一個(gè)質(zhì)子：_______________________.

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

【題目】如圖所示，間距為L、電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端有一阻值為R的電阻，一質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒橫跨在導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌接觸良好.整個(gè)裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒以初速度沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)距離為s）在金屬棒整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是

A.金屬棒運(yùn)動(dòng)平均速度大于

B.金屬棒d克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱

C.通過(guò)電阻R電荷量為

D.電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案