关系.此题只提供了体积之间的关系.而没有压强p1.p2.p3的大小关系.从题目上看.压强也不相等.所以无法判断.应选D.[错解原因]主要原因没有进一步挖掘题目给出的条件.即“与外界无热交换 这个条件.若注意到这点.必有收获.[分析解答]从题目给出的条件.V1<V0<V2和“与外界无热交换 .根据热力学第一定律.我们可以知道.从V0→V1的过程.气体体积减小.外界对气体做功.而系统吸放热为零.则内能一定增加.理想气体内能增加意味着温度增加.所以T1>T0.从状态1经过状态0到状态2.气体体积膨胀.气体对外做功.内能减少.温度降低.所以T0>T2.结果为T1>T0>T2.本题的正确答案为A.[评析] 例20 将一装有压缩空气的金属瓶的瓶塞突然打开.使压缩空气迅速跑出.当瓶内气体压强降至等于大气压p0时.立即盖紧瓶塞.过一段时间后.瓶内压强将: [ ]A.仍为p0 B.大于p0C.小于p0 D.无法确定[错解]由于是在内外气压相等的情况下塞上瓶塞的.所以过一段时间后.内外压强应该仍然相等.所以答案应该选A.[错解原因]上述解答中没有从热力学规律出发.不能把生活语言.如“突然 .“空气迅速跑出 等词语.“翻译 成“物理语言 .上述表达的物理语言可表述为:压缩气体对外做功.与外界来不及进行热交换.即所谓的绝热过程.另外就是“过一段时间 .这是一个可能有热交换的过程.因为瓶子是金属的.金属一般都是热的良导体.上述错误正是因为没有分析这两个热力学过程所致.[分析解答]拔开瓶塞.瓶内空气急速膨胀跑出来.这是一个近似的绝热膨胀过程.气体对外做功.根据热力学第一定律.气体的内能一定减少.即温度迅速降低.由于是在室温下拔开瓶塞的.所以瓶内气体的温度一定低于室温.当瓶内外气体压强相等后.塞上瓶塞.立刻又出现了一个新的热力学过程.由于瓶内气温低于室温.必将有热量从外界传向瓶内空气.使瓶内空气的温度升高.瓶内空气的压强也就随着温度的升高而增大.所以.正确答案应为B.[评析]解此类题时要注意把握住题设的关键词所反映的隐含条件.注意分析物理过程.而只是根据自己的生活经验想当然一般是要出错的. 第八章 电场错题集 本章内容包括电荷.电场.电场力.电场强度.电场线.电势.电势差.电场力功.电容器.电容的定义和平行板电容器电容的决定条件等基本概念.以及库仑定律.静电感应.电场强度与电势差的关系.带电粒子在电场中的运动规律等.本章涉及到的基本方法有.运用电场线.等势面几何方法形象化地描述电场的分布,将运动学动力学的规律应用到电场中.分析解决带电粒子在电场中的运动问题.解决导体静电平衡的问题.本章对能力的具体要求是概念准确.不乱套公式懂得规律的成立条件适用的范围.从规律出发进行逻辑推理.把相关知识融会贯通灵活处理物理问题.在本章知识应用的过程中.初学者常犯的错误主要表现在:不善于运用电场线.等势面为工具.将抽象的电场形象化后再对电场的场强.电势进行具体分析,对静电平衡内容理解有偏差,在运用力学规律解决电场问题时操作不规范等.例1 如图8-1所示.实线是一个电场中的电场线.虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹.若电荷是从a处运动到b处.以下判断正确的是: [ ]A.电荷从a到b加速度减小B.b处电势能大C.b处电势高D.电荷在b处速度小[错解]由图8-1可知.由a→b.速度变小.所以.加速度变小.选A.因为检验电荷带负电.所以电荷运动方向为电势升高方向.所以b处电势高于a点.选C. 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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