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【題目】磁學(xué)的研究經(jīng)歷了磁荷觀點和電流觀點的發(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應(yīng))。類似兩電荷間的電場力,米歇爾和庫侖通過實驗測出了兩磁極間的作用力,其中p1和p2表示兩點磁荷的磁荷量,r是真空中兩點磁荷間的距離,Km為常量。
請類比電場強度的定義方法寫出磁場強度H的大小及方向的定義;并求出在真空中磁荷量為P0的正點磁荷的磁場中,距該點磁荷為R1處的磁場強度大小H1。
(2)安培分子電流假說開啟了近代磁學(xué),認(rèn)為磁性源于運動的電荷,科學(xué)的發(fā)展證實了分子電流由原子內(nèi)部電子的運動形成。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動的軌道半徑為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)強度大小B1。
b.有人用電流觀點解釋地磁成因:在地球內(nèi)部的古登堡面附近集結(jié)著繞地軸轉(zhuǎn)動的管狀電子群,轉(zhuǎn)動的角速度為ω,該電子群形成的電流產(chǎn)生了地磁場。如圖所示,為簡化問題,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)強度大小B2 ∝ω 。
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【題目】某研學(xué)小組設(shè)計了一個輔助列車進站時快速剎車的方案。如圖所示,在站臺軌道下方埋一勵磁線圈,通電后形成豎直方向的磁場(可視為勻強磁場)。在車身下方固定一矩形線框,利用線框進入磁場時所受的安培力,輔助列車快速剎車。
已知列車的總質(zhì)量為m,車身長為s,線框的短邊ab和cd分別安裝在車頭和車尾,長度均為L(L小于勻強磁場的寬度),整個線框的電阻為R。站臺軌道上勻強磁場區(qū)域足夠長(大于車長s),車頭進入磁場瞬間的速度為v0,假設(shè)列車停止前所受鐵軌及空氣阻力的合力恒為f。已知磁感應(yīng)強度的大小為B,車尾進入磁場瞬間,列車恰好停止。
(1)求列車車頭剛進入磁場瞬間線框中的電流大小I和列車的加速度大小a;
(2)求列車從車頭進入磁場到停止所用的時間t;
(3)請你評價該設(shè)計方案的優(yōu)點和缺點。(優(yōu)、缺點至少一種)。
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【題目】如圖所示,在水平向右的勻強電場中,一根不可伸長的細線一端固定于O點,另一端懸掛一質(zhì)量為m的帶正電的小球,F(xiàn)將小球向右拉至與懸點O等高的A點,由靜止釋放。小球向左最遠能擺到與豎直方向夾角為θ的B點。已知小球所帶的電荷量為q0,細線的長度為L。
(1)求小球從A點擺到B點的過程中重力所做的功W;
(2)求A、B兩點的電勢差UAB及場強的大小E;
(3)電勢差的定義方式有兩種:
第一種是指電場中兩點間電勢的差值,即,式中φC和φD分別為電場中C、D兩點的電勢;
第二種是利用比值法定義,即,式中q為檢驗電荷的電荷量,WCD為檢驗電荷在電場中從C點移動到D點過程中電場力所做的功。請你證明這兩種定義方式的統(tǒng)一性。
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【題目】質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具,其原理簡圖如圖所示。容器A 中有電荷量均為+q、質(zhì)量不同的兩種粒子,它們從小孔S1不斷飄入電壓為U 的加速電場(不計粒子的初速度),并沿直線從小孔S2(S1與S2連線與磁場邊界垂直)進入磁感應(yīng)強度大小為B 、方向垂直紙面向外的勻強磁場,最后打在照相底片D上,形成a、b兩條“質(zhì)譜線”。已知打在a處粒子的質(zhì)量為m。不計粒子重力及粒子間的相互作用。
(1)求打在a處的粒子剛進入磁場時的速率v;
(2)求S2距a 處的距離xa;
(3)若S2距b處的距離為xb,且xb=,求打在b處粒子的質(zhì)量mb(用m表示)。
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【題目】如圖所示,正點電荷放在O點,圖中畫出它產(chǎn)生的電場的六條對稱分布的電場線。以水平電場線上的O’點為圓心畫一個圓,與電場線分別相交于a、b、c、d、e,下列說法正確的是( 。
A. b、e兩點的電場強度相同
B. a點電勢高于e點電勢
C. 電子沿圓周由d運動到b,電場力做正功,電勢能減少
D. b、c兩點間電勢差等于e、d兩點間電勢差
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【題目】某班物理實驗課上,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)下列說法正確的是_______。
A.為確保實驗安全,實驗中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)
B.變壓器的原線圈接低壓交流電,測量副線圈電壓時應(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)對副線圈電壓的影響
D.測量副線圈電壓時,先用最大量程試測,大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量
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,若不計各種損耗,在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能,在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能,鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用
(2)如圖丙所示,某同學(xué)自己繞制了兩個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。下列說法正確的是___________。
A.與變壓器未通電時相比較,此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力
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)生電源的過載指示燈可能會亮起
(3)理想變壓器是一種理想化模型。請分析說明該模型應(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,等于兩個線圈的匝數(shù)之比,即.
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【題目】如圖所示的xoy坐標(biāo)系中,在第I象限內(nèi)存在沿y軸負(fù)向的勻強電場,第IV象限內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場。一個比荷q/m=102c/kg的帶正電粒子從y軸上的P點垂直進入勻強電場,經(jīng)過x軸上的Q點以速度v=2m/s進入磁場,方向與x軸正向成30°。若粒子在磁場中運動后恰好能再回到電場,已知OQ長L=6m,粒子的重力不計,電場強度E和磁感應(yīng)強度B大小均未知。求:
(1)OP的距離
(2)磁感應(yīng)強度B的大小
(3)若在O點右側(cè)44m處放置一平行于y軸的擋板,粒子能擊中擋板并被吸收,求粒子從P點進入電場到擊中擋板的時間.
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【題目】如圖所示,電源電動勢有E=12V,內(nèi)阻r=0.5Ω,“10V、20W”的燈泡L與直流電動機M并聯(lián)在電源兩極間,燈泡恰能正常發(fā)光,已知電動機線圈的電阻為RM=1Ω,求:
(1)流過內(nèi)阻的電流為多少?
(2)電動機的輸出功率為多少?
(3)電源的效率為多少?
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【題目】如圖甲是一理想變壓器的電路連接圖,圖乙是原線圈兩端所加的電壓隨時間變化的關(guān)系圖象,已知原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,電流表A2的示數(shù)為2 A,開關(guān)S斷開,求:
(1)變壓器的輸入功率和電壓表的示數(shù);
(2)將開關(guān)S閉合,定性分析電路中三只電表的示數(shù)變化情況.
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【題目】為研究某一蓄電池組,某興趣小組將一塊舊的電池組充滿電,準(zhǔn)備利用下列器材測量電池組的電動勢和內(nèi)電阻。
A.待測電池組,電動勢約為4V,內(nèi)阻約幾歐姆
B.直流電壓表V1、V2(量程均可滿足要求,均可視為理想電表)
C.定值電阻R0(未知)
D.滑動變阻器R,最大阻值Rp(已知)
E.導(dǎo)線和開關(guān)
(1)現(xiàn)利用以上器材,設(shè)計一個電路如圖所示,完成對待測電池組的電動勢和內(nèi)阻的測量。
(2)實驗之前,需要利用該電路圖測出定值電阻R0,方法是先把滑動變阻器R調(diào)到最大阻值Rp,再閉合開關(guān),電壓表V1和V2的讀數(shù)分別為U10、U20,則R0=____(用U10、U20、Rp表示)。
(3)實驗中移動滑動變阻器觸頭,讀出電壓表Vl和V2的多組數(shù)據(jù)Ul、U2,描繪出Ul—U2圖象(橫軸為U2),圖線斜率絕對值為k,與橫軸的截距值為a,則電池組的電動勢E=________,內(nèi)阻r=________(用k、a、R0表示)。
(4)經(jīng)測量得到該電池組的電動勢為E=4.0V,內(nèi)阻r=1.5Ω,現(xiàn)用該電池組與定值電阻R1=1.0Ω串聯(lián),然后與兩個相同的燈泡構(gòu)成如圖所示的電路,燈泡的伏安特性曲線如圖所示,試用作圖法求出:每個燈泡的實際功率為____W(結(jié)果保留兩位小數(shù))。
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