對于同一物理問題,常常可以從宏觀與微觀兩個不同角度進(jìn)行研究,找出其內(nèi)在聯(lián)系,從而更加深刻的理解其物理本質(zhì)。一段長為l、電阻率為ρ、橫截面積為S的細(xì)金屬直導(dǎo)線,單位體積內(nèi)有n個自由電子,電子電荷量為e、質(zhì)量為m。
(1)請根據(jù)電流的定義,當(dāng)電子移動速率為v時,推導(dǎo)出電流的微觀表達(dá)式;
(2)將上述導(dǎo)線彎成一個閉合圓線圈,若該不帶電的圓線圈繞通過圓心且垂直于線圈平面的軸勻速率轉(zhuǎn)動,線圈中不會有電流通過,若線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小發(fā)生變化,線圈中會有電流通過,這個現(xiàn)象首先由斯泰瓦和托爾曼在1917年發(fā)現(xiàn),被稱為斯泰瓦—托爾曼效應(yīng).這一現(xiàn)象可解釋為:當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小均勻變化時,由于慣性,自由電子與線圈中的金屬離子間產(chǎn)生定向的相對運(yùn)動。取線圈為參照物,金屬離子相對靜止,由于慣性影響,可認(rèn)為線圈中的自由電子受到一個大小不變、方向始終沿線圈切線方向的力,該力的作用相當(dāng)于非靜電力的作用。
已知某次此線圈勻加速轉(zhuǎn)動過程中,該切線方向的力的大小恒為F.根據(jù)上述模型回答下列問題:
a:求一個電子沿線圈運(yùn)動一圈,該切線方向的力F做功的大?。?br />b:推導(dǎo)該圓線圈中的電流I'的表達(dá)式。
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:91引用:2難度:0.7
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1.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,有一段靜止的長為L的通電導(dǎo)線,磁場方向垂直于導(dǎo)線。設(shè)單位長度導(dǎo)線中有n個自由電荷,每個自由電荷的電荷量都為q,它們沿導(dǎo)線定向移動的平均速率為v。下列說法正確的是( )
發(fā)布:2024/12/10 1:30:1組卷:232引用:1難度:0.5 -
2.對于同一物理問題,常??梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度進(jìn)行分析研究,宏觀規(guī)律是由微觀機(jī)理所決定,找出二者的內(nèi)在聯(lián)系,從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。如圖1所示,一段橫截面積為S的直導(dǎo)線,單位體積內(nèi)有n個自由電子,自由電子電量為e。該導(dǎo)線通有電流時,假設(shè)自由電子定向移動的速率均為v。
(1)請根據(jù)電流的公式I=,推導(dǎo)電流微觀表達(dá)式I;qt
(2)原子中的電子繞原子核的運(yùn)動可以等效為環(huán)形電流。設(shè)氫原子的電子以速率v在半徑為r的圓周軌道上繞核運(yùn)動,電子的電荷量為e,等效電流有多大?
(3)如圖2所示,將圖1所示導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場中,電流方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B,導(dǎo)線所受安培力大小為F安,導(dǎo)線內(nèi)自由電子所受洛倫茲力的矢量和在宏觀上表現(xiàn)為安培力,請你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。發(fā)布:2024/12/15 8:0:1組卷:129引用:1難度:0.7 -
3.如圖所示,有一根長為L、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n,電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時,棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向移動的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/17 12:2:24組卷:847引用:27難度:0.6
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