说明:1.若通过计算得到从而得到.同样给分. 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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(Ⅰ)某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置研究加速度和力的关系.
实验装置主要部件为位移传感器的发射器和接收器,分别固定在轨道右端和小车上;通过传感器测定两者间位移变化,从而测出小车的加速度.

(1)在该实验中采用的方法是______:保持小车的总质量不变,用钩码所受的重力作为小车所受拉力,用传感器测小车的加速度.通过改变钩码的数量,多次重复测量,可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象.
该实验小组在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图 (b)所示,可知在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的图线是______ (选填“①”或“②”).
(2)随着钩码的数量逐渐增大,图(b)中的图线明显偏离直线,造成此误差的主要原因是______.
A.小车与轨道之间存在摩擦
B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大
D.所用小车的质量太大
(Ⅱ)(1)某同学想测绘标有“3.8V 0.4A”字样的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象,除了导线和开关外,有下列一些器材可供选择:
A.电源E(电动势为4V,内阻约为0.04Ω).
B.电压表V1 (量程为5V,内阻约为5kΩ);
C.电流表A1 (量程为100mA,内阻约为2Ω);
D.电流表A2 (量程为0.6A,内阻约为0.3Ω);
E.滑动变阻器R1(最大阻值为5Ω);
F.滑动变阻器R2(最大阻值为100Ω);
G.开关及导线若干
为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表______,滑动变阻器______ (填器材前面的选项代号)
(2)选好器材后,该同学按照该实验要求连接电路,请完成图甲中的实物连线.
(3)该同学根据实验数据,计算并描绘出R-U的图象如图乙所示.由图象可知,此灯泡在不工作时,灯丝的电阻为______Ω;
(4)任何实验过程中均存在误差,已知本实验中所用的测量仪器均已校准.下列有关误差的说法中正确的是______.
A.该实验中的误差来源主要是电流表的分压作用;
B.由于电表内阻引起的误差属于偶然误差,可以通过作图法消除;
C.若将电表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差;
D.用R-U图象处理数据,可以有效的消除由于读数引起的失误.

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(2013?潮州二模)(Ⅰ)某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置研究加速度和力的关系.
实验装置主要部件为位移传感器的发射器和接收器,分别固定在轨道右端和小车上;通过传感器测定两者间位移变化,从而测出小车的加速度.

(1)在该实验中采用的方法是
控制变量法
控制变量法
:保持小车的总质量不变,用钩码所受的重力作为小车所受拉力,用传感器测小车的加速度.通过改变钩码的数量,多次重复测量,可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象.
该实验小组在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验,得到了两条a-F图线,如图 (b)所示,可知在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的图线是
 (选填“①”或“②”).
(2)随着钩码的数量逐渐增大,图(b)中的图线明显偏离直线,造成此误差的主要原因是
C
C

A.小车与轨道之间存在摩擦
B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大
D.所用小车的质量太大
(Ⅱ)(1)某同学想测绘标有“3.8V 0.4A”字样的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象,除了导线和开关外,有下列一些器材可供选择:
A.电源E(电动势为4V,内阻约为0.04Ω).
B.电压表V1 (量程为5V,内阻约为5kΩ);
C.电流表A1 (量程为100mA,内阻约为2Ω);
D.电流表A2 (量程为0.6A,内阻约为0.3Ω);
E.滑动变阻器R1(最大阻值为5Ω);
F.滑动变阻器R2(最大阻值为100Ω);
G.开关及导线若干
为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表
D
D
,滑动变阻器
E
E
 (填器材前面的选项代号)
(2)选好器材后,该同学按照该实验要求连接电路,请完成图甲中的实物连线.
(3)该同学根据实验数据,计算并描绘出R-U的图象如图乙所示.由图象可知,此灯泡在不工作时,灯丝的电阻为
1.5
1.5
Ω;
(4)任何实验过程中均存在误差,已知本实验中所用的测量仪器均已校准.下列有关误差的说法中正确的是
CD
CD

A.该实验中的误差来源主要是电流表的分压作用;
B.由于电表内阻引起的误差属于偶然误差,可以通过作图法消除;
C.若将电表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差;
D.用R-U图象处理数据,可以有效的消除由于读数引起的失误.

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在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源频率为50Hz,当地重力加速度的值为9.80m/s2,测得所用重物的质量为1.00kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.12cm,0.19cm和0.25cm,其中验证测量不能使用的纸带是
0.25cm
0.25cm
,其错误的操作应是:
先释放纸带后接通打点计时器
先释放纸带后接通打点计时器
.而甲同学实验得到的纸带第1、2两点间的距离为0.12cm,说明
纸带受到的阻力较大
纸带受到的阻力较大
,所以
不能
不能
(填:“能”或“不能”)使用这个纸带进行测量验证机械能守恒定律.若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三个点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02s),那么,
(1)纸带的
端与重物相连;
(2)打点计数器打下计数点B时,物体的速度VB=
0.98
0.98
m/s;
(3)从起点O到打下计数点B的过程中,重力势能减少量是△EP=
0.49
0.49
J,此过程中物体动能的增加量是△EK=
0.48
0.48
J;
(4)通过计算,数值上△EP
△EK(填:“>”、“=”或“<”),这是因为
物体下落过程中存在阻力,
物体下落过程中存在阻力,

(5)实验的结论是
在误差允许的范围内,机械能守恒
在误差允许的范围内,机械能守恒

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选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母前的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.)
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法正确的是
 

A.只要外界对气体做功,气体内能一定增大
B.物体由气态变成液态的过程,分子势能减小
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,而分子间斥力减小
D.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的分子势能
(2)如图所示精英家教网,弹簧一端固定于水平面上,另一端与质量为m的活塞拴接在一起,开口向下、质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体.气缸和活塞均可与外界进行热交换.若外界环境的温度缓慢降低,则封闭气体的体积将
 
(填“增大”、“减小”或“不变”),同时将
 
(填“吸热”、“放热”或“既不吸热,也不放热”).
(3)某种油的密度为ρ,摩尔质量为M.取体积为V的油慢慢滴出,可滴n滴.将其中一滴滴在广阔水面上,形成面积为S的单分子油膜.试估算:①阿伏加德罗常数;②其中一滴油滴含有的分子数.
B.(选修模块3-4)
(1)以下说法中正确的是
 

A.隐形战机表面涂料利用了干涉原理,对某些波段的电磁波,涂料膜前后表面反射波相互抵消
B.全息照片往往用激光来拍摄,主要是利用了激光的相干性
C.根据宇宙大爆炸学说,遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线
D.海市蜃楼是光的色散现象引起的
(2)有两个同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2~L图象,如图甲所示.去北大的同学所测实验结果对应的图线是
 
(选填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了其在实验室
得到的两个单摆的振动图象(如图乙),由图可知,两单摆摆长之比
La
Lb
=
 

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(3)如图所示,半圆玻璃砖的半径R=10cm,折射率为n=
3
,直径AB与屏幕垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.求两个光斑之间的距离L.
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C.(选修模块3-5)
(1)下列说法正确的有
 

A.卢瑟福的α粒子散射实验可以估测原子核的大小
B.氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能增大,核外电子的运动加速度增大
C.物质波是一种概率波,在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动
D.β衰变说明了β粒子(电子)是原子核的组成部分
(2)如图为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出多个能量不同的光子,其中频率最大的光子能量为
 
eV,若用此光照射逸出功为2.75V的光电管上,则加在该光电管上的反向遏止电压为
 
V
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(3)查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子.
完成下列核反应方程:24He+49Be
 

通过在云室中让中子与静止的已知质量的核发生正碰的实验可以测定中子的质量,若已知被碰核氮核的质量为M,中子的入射速度大小为v,反弹速度大小为
13v
15
,氮核在碰撞中获得的速度大小为
2v
15
,则中子的质量多大?

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学科网(Zxxk.Com)26.(10分)(1)硝酸不稳定,如果采用强热条件,则会使生成的硝酸分解。(3分)

(2)             (3分)

 

(3)解:设步骤①中氨气的转化率为。   

 

元素守恒可得:

    ――――

                   

        

       

  

答:步骤①中氨气的转化率为。(4分) 

 

学科网(Zxxk.Com) 27.(15分)(1)钙  (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)

取下试管口的单孔橡皮塞,将试管倾斜(或横放),再将盛有粉末状固体药品的药匙(或纸槽)伸入试管底部,最后将试管直立。(3分)

(3) (2分)  

(4)饱和食盐水; (每空2分,共4分)

(5)正极(1分), (2分)

29.(15分)(1)152  (每个2分,共4分)

学科网(Zxxk.Com)学科网(Zxxk.Com)

 

 

 

 

 

 

酯化反应(或取代反应)(2分)

(4)分别取样于两支试管中,各滴加溶液少许,溶液呈现紫色的试管中原溶液为苯酚(E)溶液,不呈紫色的原溶液是苯甲酸(F)溶液。(2分)

  或取样后分别加入溶液,有气泡冒出的原溶液是苯甲酸(F)溶液;无明显现象的原溶液是苯酚(E)溶液。

30.(22分)

    (1)符合(2分)①玉米苗颜色由非同染色体上的2对等位基因(A和a、B和b)控制(3分);②绿苗为双杂合子的,自交后产生9种基因型 (3分);③两对基因中都有显性基因存在时玉米苗才表现为绿色。所以绿苗:白化苗=9:7。(3分)(若用遗传图解说明,合理也给分)

(2)(6分,每空2分)  相同

(3)不行(2 分),因为玉米食用的部分主要是胚乳,传粉受阻影响受精,不能形成胚乳用生长素类似物处理达不到目的。(3分)

31.(20分)

Ⅰ.右(2分)  叶片进行光合作用释放出的: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)  黑暗条件下呼吸作用消耗释放被缓冲液吸收,导致A瓶内气体减少,浮力减小。(2分)

Ⅱ.(1)步骤l: (2分)

     步骤2:将装置放在黑暗条件下测量。(3分)

     步骤3:剪去幼苗根系,按步骤2再测一次。(3分)

  (2)若小于,则植物幼苗地上部分向根系提供氧(2分)

     若t,大于或等于t2,则植物幼苗地上部分不能向根系提供氧(2分)

 

 

 

 

 

 


同步练习册答案