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【题目】磁学的研究经历了磁荷观点和电流观点的发展历程。
(1)早期磁学的研究认为磁性源于磁荷,即磁铁N极上聚集着正磁荷,S极上聚集着负磁荷(磁荷与我们熟悉的电荷相对应)。类似两电荷间的电场力,米歇尔和库仑通过实验测出了两磁极间的作用力,其中p1和p2表示两点磁荷的磁荷量,r是真空中两点磁荷间的距离,Km为常量。
请类比电场强度的定义方法写出磁场强度H的大小及方向的定义;并求出在真空中磁荷量为P0的正点磁荷的磁场中,距该点磁荷为R1处的磁场强度大小H1。
(2)安培分子电流假说开启了近代磁学,认为磁性源于运动的电荷,科学的发展证实了分子电流由原子内部电子的运动形成。毕奥、萨伐尔等人得出了研究结论:半径为Rx、电流为Ix的环形电流中心处的磁感应强度大小为,其中Kn为已知常量。
a.设氢原子核外电子绕核做圆周运动的轨道半径为r,电子质量为m,电荷量为e,静电力常量为k,求该“分子电流”在圆心处的磁感应强度大小B1。
b.有人用电流观点解释地磁成因:在地球内部的古登堡面附近集结着绕地轴转动的管状电子群,转动的角速度为ω,该电子群形成的电流产生了地磁场。如图所示,为简化问题,假设古登堡面的半径为R,电子均匀分布在距地心R、直径为d的管道内,且dR。试证明:此管状电子群在地心处产生的磁感应强度大小B2 ∝ω 。
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【题目】某研学小组设计了一个辅助列车进站时快速刹车的方案。如图所示,在站台轨道下方埋一励磁线圈,通电后形成竖直方向的磁场(可视为匀强磁场)。在车身下方固定一矩形线框,利用线框进入磁场时所受的安培力,辅助列车快速刹车。
已知列车的总质量为m,车身长为s,线框的短边ab和cd分别安装在车头和车尾,长度均为L(L小于匀强磁场的宽度),整个线框的电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长(大于车长s),车头进入磁场瞬间的速度为v0,假设列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。已知磁感应强度的大小为B,车尾进入磁场瞬间,列车恰好停止。
(1)求列车车头刚进入磁场瞬间线框中的电流大小I和列车的加速度大小a;
(2)求列车从车头进入磁场到停止所用的时间t;
(3)请你评价该设计方案的优点和缺点。(优、缺点至少一种)。
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【题目】如图所示,在水平向右的匀强电场中,一根不可伸长的细线一端固定于O点,另一端悬挂一质量为m的带正电的小球。现将小球向右拉至与悬点O等高的A点,由静止释放。小球向左最远能摆到与竖直方向夹角为θ的B点。已知小球所带的电荷量为q0,细线的长度为L。
(1)求小球从A点摆到B点的过程中重力所做的功W;
(2)求A、B两点的电势差UAB及场强的大小E;
(3)电势差的定义方式有两种:
第一种是指电场中两点间电势的差值,即,式中φC和φD分别为电场中C、D两点的电势;
第二种是利用比值法定义,即,式中q为检验电荷的电荷量,WCD为检验电荷在电场中从C点移动到D点过程中电场力所做的功。请你证明这两种定义方式的统一性。
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【题目】质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理简图如图所示。容器A 中有电荷量均为+q、质量不同的两种粒子,它们从小孔S1不断飘入电压为U 的加速电场(不计粒子的初速度),并沿直线从小孔S2(S1与S2连线与磁场边界垂直)进入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外的匀强磁场,最后打在照相底片D上,形成a、b两条“质谱线”。已知打在a处粒子的质量为m。不计粒子重力及粒子间的相互作用。
(1)求打在a处的粒子刚进入磁场时的速率v;
(2)求S2距a 处的距离xa;
(3)若S2距b处的距离为xb,且xb=,求打在b处粒子的质量mb(用m表示)。
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【题目】如图所示,正点电荷放在O点,图中画出它产生的电场的六条对称分布的电场线。以水平电场线上的O’点为圆心画一个圆,与电场线分别相交于a、b、c、d、e,下列说法正确的是( )
A. b、e两点的电场强度相同
B. a点电势高于e点电势
C. 电子沿圆周由d运动到b,电场力做正功,电势能减少
D. b、c两点间电势差等于e、d两点间电势差
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【题目】某班物理实验课上,同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示.
(1)下列说法正确的是_______。
A.为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.变压器的原线圈接低压交流电,测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C.可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D.测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E.变压器开始正常工作后,铁芯导电,把电能由原线圈输送到副线圈
F.变压器开始正常工作后,若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示,某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是___________。
A.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将保持不变
C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起
(3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素________;并证明:理想变压器原、副线圈的电压之比,等于两个线圈的匝数之比,即.
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【题目】如图所示的xoy坐标系中,在第I象限内存在沿y轴负向的匀强电场,第IV象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。一个比荷q/m=102c/kg的带正电粒子从y轴上的P点垂直进入匀强电场,经过x轴上的Q点以速度v=2m/s进入磁场,方向与x轴正向成30°。若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场,已知OQ长L=6m,粒子的重力不计,电场强度E和磁感应强度B大小均未知。求:
(1)OP的距离
(2)磁感应强度B的大小
(3)若在O点右侧44m处放置一平行于y轴的挡板,粒子能击中挡板并被吸收,求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间.
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【题目】如图所示,电源电动势有E=12V,内阻r=0.5Ω,“10V、20W”的灯泡L与直流电动机M并联在电源两极间,灯泡恰能正常发光,已知电动机线圈的电阻为RM=1Ω,求:
(1)流过内阻的电流为多少?
(2)电动机的输出功率为多少?
(3)电源的效率为多少?
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【题目】如图甲是一理想变压器的电路连接图,图乙是原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象,已知原、副线圈的匝数比为10∶1,电流表A2的示数为2 A,开关S断开,求:
(1)变压器的输入功率和电压表的示数;
(2)将开关S闭合,定性分析电路中三只电表的示数变化情况.
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【题目】为研究某一蓄电池组,某兴趣小组将一块旧的电池组充满电,准备利用下列器材测量电池组的电动势和内电阻。
A.待测电池组,电动势约为4V,内阻约几欧姆
B.直流电压表V1、V2(量程均可满足要求,均可视为理想电表)
C.定值电阻R0(未知)
D.滑动变阻器R,最大阻值Rp(已知)
E.导线和开关
(1)现利用以上器材,设计一个电路如图所示,完成对待测电池组的电动势和内阻的测量。
(2)实验之前,需要利用该电路图测出定值电阻R0,方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值Rp,再闭合开关,电压表V1和V2的读数分别为U10、U20,则R0=____(用U10、U20、Rp表示)。
(3)实验中移动滑动变阻器触头,读出电压表Vl和V2的多组数据Ul、U2,描绘出Ul—U2图象(横轴为U2),图线斜率绝对值为k,与横轴的截距值为a,则电池组的电动势E=________,内阻r=________(用k、a、R0表示)。
(4)经测量得到该电池组的电动势为E=4.0V,内阻r=1.5Ω,现用该电池组与定值电阻R1=1.0Ω串联,然后与两个相同的灯泡构成如图所示的电路,灯泡的伏安特性曲线如图所示,试用作图法求出:每个灯泡的实际功率为____W(结果保留两位小数)。
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