高考物理穩(wěn)恒電流解題技巧講解及練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-03 02:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中做圓周運(yùn)動。電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化，產(chǎn)生的感生電場使電子加速。上圖為側(cè)視圖，下圖為真空室的俯視圖，如果從上向下看，電子沿逆時針方向運(yùn)動。已知電子的電荷量為e，電子做圓周運(yùn)動的軌道半徑為r，因電流變化而產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化率為（k為一定值）。求電子在圓形軌道中加速一周的過程中，感生電場對電子所做功及電子所受非靜電力的大小?！敬鸢浮?1) (2)，； b. (3)， 【解析】【詳解】(1)根據(jù)電動勢的定義可知：(2)；由題意可知金屬棒在外力和安培力的作用下做勻速直線運(yùn)動，則：所以根據(jù)電動勢的定義有：，導(dǎo)線中的自由電子與金屬離子發(fā)生了碰撞，可以看做是安全彈性碰撞，碰后自由電子損失動能，損失的動能轉(zhuǎn)化為焦耳熱。從整體上看，可以視為金屬離子對自由電子整體運(yùn)動的平均阻力導(dǎo)致自由電子動能的的損失。設(shè)導(dǎo)線MN的橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子沿導(dǎo)線長度方向運(yùn)動的平均速度為ve，則導(dǎo)線MN內(nèi)的自由電子總數(shù)為：導(dǎo)線中的電流為：在極短時間?t內(nèi)，導(dǎo)線內(nèi)所有自由電子克服金屬離子做功導(dǎo)致自由電子的動能損失為：從宏觀角度看，力F對導(dǎo)線做功，而導(dǎo)線的速度不變，即導(dǎo)線的動能不變，所以力F的功完全轉(zhuǎn)化為焦耳熱。?t時間內(nèi)，力F做功：又因為：即：當(dāng)導(dǎo)線MN做勻速運(yùn)動時外力等于安培力，即：聯(lián)立以上各式可解得：(3)據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：加速一周感生電場對電子所做的功：設(shè)非靜電力為F，電子運(yùn)動一周，非靜電力做功為：根據(jù)電動勢的定義：聯(lián)立解得：答：(1) 電動勢的表達(dá)式；(2)，外力充當(dāng)非靜電力；這個非靜電力產(chǎn)生的電動勢；b. 導(dǎo)線中金屬離子對一個自由電子沿導(dǎo)線長度方向的平均作用力；(3)電子在圓形軌道中加速一周的過程中，感生電場對電子所做功，電子所受非靜電力。9．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，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。一段長為l、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）該導(dǎo)線通有電流時，假設(shè)自由電子定向移動的速率恒為v。① 求導(dǎo)線中的電流I； ②為了更精細(xì)地描述電流的分布情況，引入了電流面密度j，電流面密度被定義為單位面積的電流強(qiáng)度，求電流面密度j的表達(dá)式； ③經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞，該碰撞過程將對電子的定向移動形成一定的阻礙作用，該作用可等效為施加在電子上的一個沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子定向移動的速率成正比，比例系數(shù)為k。請根據(jù)以上描述構(gòu)建物理模型，求出金屬導(dǎo)體的電阻率ρ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，從而形成電流。若此線圈在勻速轉(zhuǎn)動的過程中突然停止轉(zhuǎn)動，由于電子在導(dǎo)線中運(yùn)動會受到沿導(dǎo)線的平均阻力，所以只會形成短暫的電流。已知電子受到的沿導(dǎo)線的平均阻力滿足（1）問中的規(guī)律，求此線圈以由角速度ω勻速轉(zhuǎn)動突然停止轉(zhuǎn)動（減速時間可忽略不計）之后，通過線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量Q?！敬鸢浮浚?）① ；②；③ （2）【解析】【詳解】（1）①導(dǎo)線中的電流；②電流面密度；③取長度為L一段導(dǎo)體，則電子做定向移動時滿足電場力與阻力相等，即而 聯(lián)立解得 （2）設(shè)線圈經(jīng)過時間?t停止運(yùn)動，則對內(nèi)部的粒子，由動量定理： 其中 則；而 聯(lián)立可得10．如圖所示，粗糙斜面的傾角θ＝37176
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