【題目】磁學的研究經(jīng)歷了磁荷觀點和電流觀點的發(fā)展歷程。

（1）早期磁學的研究認為磁性源于磁荷，即磁鐵N極上聚集著正磁荷，S極上聚集著負磁荷（磁荷與我們熟悉的電荷相對應）。類似兩電荷間的電場力，米歇爾和庫侖通過實驗測出了兩磁極間的作用力，其中p1和p2表示兩點磁荷的磁荷量，r是真空中兩點磁荷間的距離，Km為常量。

請類比電場強度的定義方法寫出磁場強度H的大小及方向的定義；并求出在真空中磁荷量為P0的正點磁荷的磁場中，距該點磁荷為R1處的磁場強度大小H1。

（2）安培分子電流假說開啟了近代磁學，認為磁性源于運動的電荷，科學的發(fā)展證實了分子電流由原子內(nèi)部電子的運動形成。畢奧、薩伐爾等人得出了研究結(jié)論：半徑為Rx、電流為Ix的環(huán)形電流中心處的磁感應強度大小為，其中Kn為已知常量。

a．設氫原子核外電子繞核做圓周運動的軌道半徑為r，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，靜電力常量為k，求該“分子電流”在圓心處的磁感應強度大小B1。

b．有人用電流觀點解釋地磁成因：在地球內(nèi)部的古登堡面附近集結(jié)著繞地軸轉(zhuǎn)動的管狀電子群，轉(zhuǎn)動的角速度為ω，該電子群形成的電流產(chǎn)生了地磁場。如圖所示，為簡化問題，假設古登堡面的半徑為R，電子均勻分布在距地心R、直徑為d的管道內(nèi)，且dR。試證明：此管狀電子群在地心處產(chǎn)生的磁感應強度大小B2 ∝ω 。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

（1）磁場強度H的定義為：放入磁場中某點的檢驗磁荷所受磁場力的F跟該磁荷的磁荷量P的比值，叫做該點的磁場強度。

定義式為

磁場中某點磁場強度的方向與正檢驗磁荷在該點所受的磁場力方向相同。

在真空中距正點磁荷為R1處放一磁荷量為P的正檢驗磁荷，則該檢驗磁荷所受的磁場力為

由磁場強度的定義可得

（2）a．設電子繞核做圓周運動的周期為T，由牛頓定律得

①

等效的“分子電流”大小為

②

分子電流I在圓心處的磁感應強度大小為

③

由①②③式聯(lián)立可得

b．【方法一】

設管狀電子群的總電荷量為Q，則其轉(zhuǎn)動的周期為

④

定向轉(zhuǎn)動所形成的等效電流為

⑤

管狀電流I1在圓心處的磁感應強度大小為

⑥

由④⑤⑥式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

【方法二】

由于Rd，管狀電子群中電荷繞地軸轉(zhuǎn)動的平均速率為

⑦

且短時間內(nèi)電子運動可近似為直線運動，設單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n，則內(nèi)通過管狀電流某橫截面的總電荷量為

⑧

管狀電流的橫截面積為

⑨

由電流的定義可得

⑩

由⑥⑦⑧⑨⑩式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

【方法三】

設管狀電子群中單位長度的電子數(shù)為N個，則

內(nèi)通過管狀電流某橫截面的總電荷量為

由⑥⑦⑩式聯(lián)立可得

所以

B2 ∝ω

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某同學在進行擴大電流表量程的實驗時，需要知道電流表的滿偏電流和內(nèi)阻。他設計了一個用標準電流表G1來校對待測電流表G2的滿偏電流和測定G2內(nèi)阻的電路，如圖所示。已知G1的量程略大于G2的量程，圖中R1為滑動變阻器，R2為電阻箱。該同學順利完成了這個實驗。

①實驗過程包含以下步驟，其合理的順序依次為（填步驟的字母代號）；

A．合上開關S2

B．分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大

C．記下R2的最終讀數(shù)

D．反復調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使Ｇ２的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時R２的最終讀數(shù)為r

E．合上開關S1

F．調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，此時G1的示數(shù)為I1，記下此時G1的示數(shù)

②僅從實驗設計原理看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測量值與真實值相比（填“偏大”、“偏小”或“相等”）；

③若要將G2的量程擴大為I，并結(jié)合前述實驗過程中測量的結(jié)果，寫出須在G2上并聯(lián)的分流電阻RS的表達式，RS。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】四種電場的電場線分布情況如圖所示。將一檢驗電荷分別放在場中a、b兩點，則該檢驗電荷在a、b兩點所受的電場力以及電勢能均相同的是

A.甲圖中，與正點電荷等距離的a、b兩點

B.乙圖中，兩等量異種點電荷連線中垂線上與連線等距的a、b兩點

C.丙圖中，兩等量同種點電荷連線中垂線上與連線等距的a、b兩點

D.丁圖中，某非勻強電場中同一條電場線上的a、b兩點

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】在“測定金屬的電阻率”的實驗中，所用測量儀器均已校準。

(1)用刻度尺和螺旋測微器分別測量金屬絲的長度和直徑，某次測量結(jié)果如圖所示，在此次測量中該金屬絲的長度為___________cm，直徑為___________mm。

(2)已知待測金屬絲的電阻值Rx約為5Ω�？晒┻x擇的器材有：

電源E：電動勢3V，內(nèi)阻約1Ω

電流表A1：量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω

電流表A2：量程0～3A，內(nèi)阻約0.025Ω

電壓表V1：量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ

電壓表V2：量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ

滑動變阻器R1：最大阻值5Ω，允許最大電流2A

滑動變阻器R2：最大阻值1000Ω，允許最大電流0.6A

開關一個，導線若干。

在上述器材中，應該選用的電流表是______，應該選用的電壓表是______。若想盡量多測幾組數(shù)據(jù)，應該選用的滑動變阻器是______（填寫儀器的字母代號）。

（3）用所選的器材，在答題紙對應的方框中畫出電路圖__________。

（4）關于本實驗的誤差，下列說法正確的是________。

A．對金屬絲的直徑多次測量求平均值，可消除誤差

B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差

C．利用電流I隨電壓U的變化圖線求Rx可減小偶然誤差

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某班物理實驗課上，同學們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關系”�？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示.

(1)下列說法正確的是_______。

A．為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)

B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”

C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響

D．測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量

E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導電，把電能由原線圈輸送到副線圈

F．變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用

(2)如圖丙所示，某同學自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是___________。

A．與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力

B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變

C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學生電源的過載指示燈可能會亮起

(3)理想變壓器是一種理想化模型。請分析說明該模型應忽略哪些次要因素________；并證明：理想變壓器原、副線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數(shù)之比，即.

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某物理學習小組的同學在研究性學習過程中，通過一塊電壓表和一塊多用電表的歐姆擋接成電路就能一次性既能測出電壓表的內(nèi)阻又能測出多用電表中歐姆擋的內(nèi)部電源的電動勢．已知電壓表的內(nèi)阻約在15～25 kΩ之間，量程為15 V，多用電表歐姆擋的電阻刻度中間值為20.

（1）.請用筆跡代替導線將紅、黑表筆連在電壓表上____．

（2）.他們在實驗過程中，歐姆的選擇開關應撥至倍率為“×________”．

（3）.在實驗中，同學們讀出電壓表的讀數(shù)為U，歐姆表指針所指的刻度為n，并且在實驗過程中，一切操作都是正確的，由此可得歐姆表內(nèi)電池的電動勢的表達式為________．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖，在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負方向的勻強電場，場強大小為E；在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強磁場．一個氕核和一個氘核先后從y軸上y＝h點以相同的動能射出，速度方向沿x軸正方向．已知進入磁場時，速度方向與x軸正方向的夾角為，并從坐標原點O處第一次射出磁場. 氕核的質(zhì)量為m，電荷量為q. 氘核的質(zhì)量為2m，電荷量為q，不計重力．求：

(1)第一次進入磁場的位置到原點O的距離；

(2)磁場的磁感應強度大��；

(3)第一次進入磁場到第一次離開磁場的運動時間．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】（1）在湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后，對于原子中正負電荷的分布的問題，科學家們提出了許多模型，最后他們認定：占原子質(zhì)量絕大部分的正電荷集中在很小的空間范圍內(nèi)，電子繞正電荷旋轉(zhuǎn)。此模型稱原子的有核模型。最先提出原子有核模型的科學家是_____________。他所根據(jù)的實驗是_______________

（2）寫出下列兩個核反應的反應方程（鋁核）俘獲一個粒子后放出一個中子：____________；粒子轟擊（氮核）放出一個質(zhì)子：_______________________.

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，間距為L、電阻不計的足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，導軌左端有一阻值為R的電阻，一質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒橫跨在導軌上，棒與導軌接觸良好.整個裝置處于豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中，金屬棒以初速度沿導軌向右運動，前進距離為s）在金屬棒整個運動過程中，下列說法正確的是

A.金屬棒運動平均速度大于

B.金屬棒d克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱

C.通過電阻R電荷量為

D.電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為

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