典型例题--关于电磁波谱 关于电磁波谱的下列说法中正确的是( ) A.伦琴射线是高速电子流射到固体上.使固体原子的内层电子受激发而产生的 B.γ射线是原子的内层电子受激发而产生的 C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 D.在电磁波谱中.最容易发生衍射现象的是γ射线 分析与解答: γ射线是原子核受激发产生的.故答案B不对.在电磁波谱中从无线电波到γ射线.波长逐渐减小.频率逐渐增大.而波长越大.波动性越强.越容易发生干涉.衍射现象.因此紫光应比紫外线更容易发生干涉和衍射现象.无线电波最容易发生衍射现象.故C.D答案也不对. 正确答案是A 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

第十部分 磁场

第一讲 基本知识介绍

《磁场》部分在奥赛考刚中的考点很少,和高考要求的区别不是很大,只是在两处有深化:a、电流的磁场引进定量计算;b、对带电粒子在复合场中的运动进行了更深入的分析。

一、磁场与安培力

1、磁场

a、永磁体、电流磁场→磁现象的电本质

b、磁感强度、磁通量

c、稳恒电流的磁场

*毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart law):对于电流强度为I 、长度为dI的导体元段,在距离为r的点激发的“元磁感应强度”为dB 。矢量式d= k,(d表示导体元段的方向沿电流的方向、为导体元段到考查点的方向矢量);或用大小关系式dB = k结合安培定则寻求方向亦可。其中 k = 1.0×10?7N/A2 。应用毕萨定律再结合矢量叠加原理,可以求解任何形状导线在任何位置激发的磁感强度。

毕萨定律应用在“无限长”直导线的结论:B = 2k 

*毕萨定律应用在环形电流垂直中心轴线上的结论:B = 2πkI 

*毕萨定律应用在“无限长”螺线管内部的结论:B = 2πknI 。其中n为单位长度螺线管的匝数。

2、安培力

a、对直导体,矢量式为 = I;或表达为大小关系式 F = BILsinθ再结合“左手定则”解决方向问题(θ为B与L的夹角)。

b、弯曲导体的安培力

⑴整体合力

折线导体所受安培力的合力等于连接始末端连线导体(电流不变)的的安培力。

证明:参照图9-1,令MN段导体的安培力F1与NO段导体的安培力F2的合力为F,则F的大小为

F = 

  = BI

  = BI

关于F的方向,由于ΔFF2P∽ΔMNO,可以证明图9-1中的两个灰色三角形相似,这也就证明了F是垂直MO的,再由于ΔPMO是等腰三角形(这个证明很容易),故F在MO上的垂足就是MO的中点了。

证毕。

由于连续弯曲的导体可以看成是无穷多元段直线导体的折合,所以,关于折线导体整体合力的结论也适用于弯曲导体。(说明:这个结论只适用于匀强磁场。)

⑵导体的内张力

弯曲导体在平衡或加速的情形下,均会出现内张力,具体分析时,可将导体在被考查点切断,再将被切断的某一部分隔离,列平衡方程或动力学方程求解。

c、匀强磁场对线圈的转矩

如图9-2所示,当一个矩形线圈(线圈面积为S、通以恒定电流I)放入匀强磁场中,且磁场B的方向平行线圈平面时,线圈受安培力将转动(并自动选择垂直B的中心轴OO′,因为质心无加速度),此瞬时的力矩为

M = BIS

几种情形的讨论——

⑴增加匝数至N ,则 M = NBIS ;

⑵转轴平移,结论不变(证明从略);

⑶线圈形状改变,结论不变(证明从略);

*⑷磁场平行线圈平面相对原磁场方向旋转α角,则M = BIScosα ,如图9-3;

证明:当α = 90°时,显然M = 0 ,而磁场是可以分解的,只有垂直转轴的的分量Bcosα才能产生力矩…

⑸磁场B垂直OO′轴相对线圈平面旋转β角,则M = BIScosβ ,如图9-4。

证明:当β = 90°时,显然M = 0 ,而磁场是可以分解的,只有平行线圈平面的的分量Bcosβ才能产生力矩…

说明:在默认的情况下,讨论线圈的转矩时,认为线圈的转轴垂直磁场。如果没有人为设定,而是让安培力自行选定转轴,这时的力矩称为力偶矩。

二、洛仑兹力

1、概念与规律

a、 = q,或展开为f = qvBsinθ再结合左、右手定则确定方向(其中θ为的夹角)。安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。

b、能量性质

由于总垂直确定的平面,故总垂直 ,只能起到改变速度方向的作用。结论:洛仑兹力可对带电粒子形成冲量,却不可能做功。或:洛仑兹力可使带电粒子的动量发生改变却不能使其动能发生改变。

问题:安培力可以做功,为什么洛仑兹力不能做功?

解说:应该注意“安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现”这句话的确切含义——“宏观体现”和“完全相等”是有区别的。我们可以分两种情形看这个问题:(1)导体静止时,所有粒子的洛仑兹力的合力等于安培力(这个证明从略);(2)导体运动时,粒子参与的是沿导体棒的运动v1和导体运动v2的合运动,其合速度为v ,这时的洛仑兹力f垂直v而安培力垂直导体棒,它们是不可能相等的,只能说安培力是洛仑兹力的分力f1 = qv1B的合力(见图9-5)。

很显然,f1的合力(安培力)做正功,而f不做功(或者说f1的正功和f2的负功的代数和为零)。(事实上,由于电子定向移动速率v1在10?5m/s数量级,而v2一般都在10?2m/s数量级以上,致使f1只是f的一个极小分量。)

☆如果从能量的角度看这个问题,当导体棒放在光滑的导轨上时(参看图9-6),导体棒必获得动能,这个动能是怎么转化来的呢?

若先将导体棒卡住,回路中形成稳恒的电流,电流的功转化为回路的焦耳热。而将导体棒释放后,导体棒受安培力加速,将形成感应电动势(反电动势)。动力学分析可知,导体棒的最后稳定状态是匀速运动(感应电动势等于电源电动势,回路电流为零)。由于达到稳定速度前的回路电流是逐渐减小的,故在相同时间内发的焦耳热将比导体棒被卡住时少。所以,导体棒动能的增加是以回路焦耳热的减少为代价的。

2、仅受洛仑兹力的带电粒子运动

a、时,匀速圆周运动,半径r =  ,周期T = 

b、成一般夹角θ时,做等螺距螺旋运动,半径r =  ,螺距d = 

这个结论的证明一般是将分解…(过程从略)。

☆但也有一个问题,如果将分解(成垂直速度分量B2和平行速度分量B1 ,如图9-7所示),粒子的运动情形似乎就不一样了——在垂直B2的平面内做圆周运动?

其实,在图9-7中,B1平行v只是一种暂时的现象,一旦受B2的洛仑兹力作用,v改变方向后就不再平行B1了。当B1施加了洛仑兹力后,粒子的“圆周运动”就无法达成了。(而在分解v的处理中,这种局面是不会出现的。)

3、磁聚焦

a、结构:见图9-8,K和G分别为阴极和控制极,A为阳极加共轴限制膜片,螺线管提供匀强磁场。

b、原理:由于控制极和共轴膜片的存在,电子进磁场的发散角极小,即速度和磁场的夹角θ极小,各粒子做螺旋运动时可以认为螺距彼此相等(半径可以不等),故所有粒子会“聚焦”在荧光屏上的P点。

4、回旋加速器

a、结构&原理(注意加速时间应忽略)

b、磁场与交变电场频率的关系

因回旋周期T和交变电场周期T′必相等,故 =

c、最大速度 vmax = = 2πRf

5、质谱仪

速度选择器&粒子圆周运动,和高考要求相同。

第二讲 典型例题解析

一、磁场与安培力的计算

【例题1】两根无限长的平行直导线a、b相距40cm,通过电流的大小都是3.0A,方向相反。试求位于两根导线之间且在两导线所在平面内的、与a导线相距10cm的P点的磁感强度。

【解说】这是一个关于毕萨定律的简单应用。解题过程从略。

【答案】大小为8.0×10?6T ,方向在图9-9中垂直纸面向外。

【例题2】半径为R ,通有电流I的圆形线圈,放在磁感强度大小为B 、方向垂直线圈平面的匀强磁场中,求由于安培力而引起的线圈内张力。

【解说】本题有两种解法。

方法一:隔离一小段弧,对应圆心角θ ,则弧长L = θR 。因为θ 

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精英家教网如图(a)为放在电磁灶加热板上的锅底剖面图,B是加热线圈中电流产生的磁场,这个磁场从圆心沿径向分布.其磁感线分布形状如图(b)所示的伞形.B的变化激起锅底内部产生涡流.通过计算发现,锅底产生的热功率与交流电的频率平方成正比,与加热线圈的电流强度和匝数的平方成正比,加热线圈一般用16~20股直径为0.5 mm的铜丝绞合制成.以下关于电磁灶的说法正确的是(  )
A、电磁灶接高压直流电也能加热食物B、电磁灶可以用铁锅也可能用铝锅,铝锅比铁锅加热效果更好C、电磁灶是通过锅底涡流发热,与普通电炉相比不存在热量在传递过程中的损耗D、锅底做成平底是为了加强稳定性,实际上圆底锅也能很好加热食物

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近代电磁技术的发展,催生了电力工业,引发了第二次工业革命,下列关于电磁领域的一些重大发明的人和事的说法中,不正确的是(  )

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精英家教网(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中
①关于电磁打点计时器及其使用,下列说法正确的有
 

A.电磁打点计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器
B.电磁打点计时器使用的电源是220V的交流电
C.把电磁打点计时器固定,让纸带穿过两个限位孔并压在复写纸的下面
D.重物带动纸带运动,接通电源,在纸带上打出一列小点,纸带拉出后,立即断开电源
②按正确的实验操作得到一条纸带如图1所示,若打点计时器打点的时间间隔为T,O点是第0个点,N点是第n个点.为验证机械能是否守恒,下列利用图中数据计算N点速度大小的方法正确的是
 

A.vn=gnT  B.vn=g(n-1)T   C.vn=
sn+sn+1
2T
   D.vn=
dn+1-dn-1
2T

(2)①有一游标卡尺,游标上有20个小的等分刻度.用它测量一小球的直径,如图2所示的读数是
 
mm.
②多用表的红、黑两个测试笔短头分别插入表盖正负孔中,红表笔应插入
 
插孔.
用多用表欧姆挡测量某电阻值的示数如图3所示,则电阻值为
 
Ω,若想测量更精确些,选择开关应选欧姆挡
 
位置.
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(3)某同学准备测量一个约为5kΩ的末知电阻Rx的阻值.他从实验室中找到了下列器材,想利用下列两个电压表来测量该电阻.
①电源E:内阻可忽略,电动势约为7V;     ②电压表V1:量程为5V,内阻为R1=6kΩ
③电压表V2:量程为10V,内阻为R2=6KΩ;   ④电压表V3:量程为4V,内阻为R3=1KΩ
⑤电压表V4:量程为3V,内阻为R4=1kΩ;    ⑥滑线变阻器R,最大阻值为100Ω
⑦单刀单掷开关及导线若干
为了减小实验误差,要求该实验中电压表的读数应大于其量程的
1
2
,则选用上述哪两个电压表?分别是
 
 
(请在原理图中标出)
请在图4的方框中画出这一实验原理图.
若用U1和U2分别表示这两电压表的读数(电压大的用U1表示),则由已知量和测量得表示Rx的公式是
 

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