地球是个巨大的天然磁体,某小组学习相关内容后,对地磁场做了深入的研究。
(1)a、如图1所示,两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表,形成闭合回路。迅速摇动这根电线,若电线中间位置的速度约10m/s,电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度B大小的数量级。
b、某同学在研学途中利用智能手机中的磁传感器测量某地地磁场的磁感应强度。如图2建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。该同学在当地对地磁场进行了测量,测量时z轴正向保持竖直向上,测量结果如下图。请你根据测量结果判断该同学是在“南半球”还是“北半球”进行此实验,并 估测当地的地磁场磁感应强度B2的大小(结果保留2位有效数字)。
(2)地磁场能使宇宙射线中的带电粒子流偏转,成为地球生命的“保护伞”。赤道剖面外的地磁场可简化为包围着地球的厚度为d的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于剖面,如图3所示。设宇宙射线中β粒子的质量为m,带负电且电荷量为q,最大速率为v,不计大气对β粒子运动的影响,不考虑粒子间的相互作用及重力。要使从各方向射向地球的β粒子都不能到达地面,求地磁场厚度d应满足的条件。
(1)a、如图1所示,两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表,形成闭合回路。迅速摇动这根电线,若电线中间位置的速度约10m/s,电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度B大小的数量级。
b、某同学在研学途中利用智能手机中的磁传感器测量某地地磁场的磁感应强度。如图2建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。该同学在当地对地磁场进行了测量,测量时z轴正向保持竖直向上,测量结果如下图。请你根据测量结果判断该同学是在“南半球”还是“北半球”进行此实验,
(2)地磁场能使宇宙射线中的带电粒子流偏转,成为地球生命的“保护伞”。赤道剖面外的地磁场可简化为包围着地球的厚度为d的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于剖面,如图3所示。设宇宙射线中β粒子的质量为m,带负电且电荷量为q,最大速率为v,不计大气对β粒子运动的影响,不考虑粒子间的相互作用及重力。要使从各方向射向地球的β粒子都不能到达地面,求地磁场厚度d应满足的条件。
更新时间:2024-01-22 11:23:00
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【推荐1】(1)在匀强磁场中放置一个截面为矩形的金属薄片。大小为I的恒定电流从电极P流入、从电极Q流出,当磁场方向与金属薄片垂直时,如图所示,在M、N两电极间产生电势差为U。已知薄片长为a,宽为b,厚为c,单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。求:
a.导电电子定向移动速度的大小v;
b.匀强磁场磁感应强度的大小。
(2)假定(1)中的装置足够灵敏,可用来测量地磁场磁感应强度的大小和方向。在该装置上建立空间直角坐标系,对某地磁场进行了四次测量,每次测量时x、y轴指向不同方向,而z轴正方向保持竖直向上,记录数据如表中所示。
a.求测量地点磁感应强度的大小(结果可用根式表示);
b.判断测量地点处于南半球还是北半球以及第3次测量时x轴正方向的指向,并简述理由。
a.导电电子定向移动速度的大小v;
b.匀强磁场磁感应强度的大小。
(2)假定(1)中的装置足够灵敏,可用来测量地磁场磁感应强度的大小和方向。在该装置上建立空间直角坐标系,对某地磁场进行了四次测量,每次测量时x、y轴指向不同方向,而z轴正方向保持竖直向上,记录数据如表中所示。
a.求测量地点磁感应强度的大小(结果可用根式表示);
b.判断测量地点处于南半球还是北半球以及第3次测量时x轴正方向的指向,并简述理由。
测量序号 | |||
1 | 0 | 20 | -46 |
2 | 0 | -20 | -46 |
3 | 20 | 0 | -46 |
4 | -20 | 0 | -46 |
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【推荐2】丹麦物理学家奥斯特最先发现了电和磁之间的联系。1820年7月21日,年富力强的奥斯特教授在丹麦哥本哈根大学为学生们上实验课。当他接通电源时,突然发现放在电池旁边的磁针发生了偏转,学生们对这一现象丝毫没有感觉,但奥斯特却激动万分,因为他发现了电流磁效应。奥斯特的发现把电学和磁学结合起来了。从此,电磁学的研究在欧洲主要国家里蓬勃地开展起来。
1.将可以自由转动的小磁针平行于地表放在赤道上,下图为小磁针静止时的示意图,根据材料,下列可能正确的是(黑色一端代表小磁针的N极)( )
2.关于磁场和磁感线的描述,下列说法正确的是( )
3.如图所示为某一磁场的部分磁感线分布情况,M点的磁场方向与P点的磁场方向________ (选填“相同”或“不相同”),M点的磁场比P点的磁场________ (选填“强”或“弱”)。
4.如图所示,通电导线在磁场中的磁感应强度B、电流I和磁场力F三个量互相垂直,已知其中的两个量的方向,试标出第三个量的方向。
5.如图所示,在直角三角形的A点和B点分别固定一垂直纸面的无限长通电直导线,其中A点处导线中电流强度为,方向垂直纸面向外,,已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度,k为比例系数,r为该点到导线的距离,I为导线中的电流强度。今测得C点的磁场沿方向向右,求:
(1)AB点处导线电流在C点产生的磁感应强度大小之比;
(2)B点处导线中电流的方向和大小。
1.将可以自由转动的小磁针平行于地表放在赤道上,下图为小磁针静止时的示意图,根据材料,下列可能正确的是(黑色一端代表小磁针的N极)( )
A. | B. |
C. | D. |
A.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止 |
B.自由转动的小磁针放在通电螺线管内部,其S极指向螺线管的N极 |
C.赤道正上方的磁感线由南指向北 |
D.两条磁感线的空隙处不存在磁场 |
4.如图所示,通电导线在磁场中的磁感应强度B、电流I和磁场力F三个量互相垂直,已知其中的两个量的方向,试标出第三个量的方向。
5.如图所示,在直角三角形的A点和B点分别固定一垂直纸面的无限长通电直导线,其中A点处导线中电流强度为,方向垂直纸面向外,,已知通电直导线形成的磁场在空间某点处的磁感应强度,k为比例系数,r为该点到导线的距离,I为导线中的电流强度。今测得C点的磁场沿方向向右,求:
(1)AB点处导线电流在C点产生的磁感应强度大小之比;
(2)B点处导线中电流的方向和大小。
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【推荐3】地磁场具有“屏蔽”宇宙射线的重要作用,从太阳发出的高能带电粒子流(通常叫太阳风),受到地磁场的作用发生偏转,避免了直射地球,从而大气环境得到保护,生命才能够存在。如图所示为地磁场的示意图,完成下列问题;
(1)请根据你对地磁场的认知,在图中直线OO'两侧分别用箭头“/”标出地磁场的方向;
(2)假设宇宙射线均直射地球,则南北两极和赤道附近相比,哪个区域地磁场对宇宙射线的“屏蔽”作用更强?请简要说明理由;
(3)若在北半球某处平行于地面沿南北方向放置一根通电直导线,电流方向从北向南,试分析该导线受到的安培力方向。
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【推荐1】我们知道:电流周围有磁场。图(a)所示为环形电流周围磁场的分布情况。根据电磁学理论可知,半径为R、电流强度为I的环形电流中心处的磁感应强度大小,其中k为已知常量。
(1)正切电流计是19世纪发明的一种仪器,它可以利用小磁针的偏转来测量电流。图(b)为其结构示意图。在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处,放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针(带有分度盘),线圈未通电流时,小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致,调整线圈方位,使其与静止的小磁针在同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后,小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Bc。求:
a、待测电流在圆心O处产生的磁感应强度的大小;
b、待测电流的大小。
(2)电流的本质是电荷的定向运动,电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。如图(c)所示,一个电荷量为q的点电荷以速度v运动,这将在与速度垂直的方向上、与点电荷相距为d的A点产生磁场。请你利用上面电流产生磁场的规律,自己构建模型,求出该点电荷在此时的运动状态下将在A点产生的磁场的磁感应强度大小。
(1)正切电流计是19世纪发明的一种仪器,它可以利用小磁针的偏转来测量电流。图(b)为其结构示意图。在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处,放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针(带有分度盘),线圈未通电流时,小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致,调整线圈方位,使其与静止的小磁针在同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后,小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Bc。求:
a、待测电流在圆心O处产生的磁感应强度的大小;
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(2)电流的本质是电荷的定向运动,电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。如图(c)所示,一个电荷量为q的点电荷以速度v运动,这将在与速度垂直的方向上、与点电荷相距为d的A点产生磁场。请你利用上面电流产生磁场的规律,自己构建模型,求出该点电荷在此时的运动状态下将在A点产生的磁场的磁感应强度大小。
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【推荐2】某校物理兴趣小组用图示装置估测磁体附近的磁感应强度。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图甲所示.小磁针静止时N极指向处于水平面内xOy坐标系中的y轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成30°角的方向,其俯视图如图乙所示,已知该实验所在地面处地磁场的磁感应强度的水平分量为3×10-5T。
(1)请在图上标明螺线管导线的绕向;
(2)求该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小(画出必要的矢量示意图;计算结果保留三位有效数字)。
(1)请在图上标明螺线管导线的绕向;
(2)求该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小(画出必要的矢量示意图;计算结果保留三位有效数字)。
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【推荐3】场是看不见、摸不着的,但我们却可以根据它表现出来的性质去认识它、研究它;我们也常采用类比的方法去研究和认识不同的场。
(1)真空中静止的点电荷,电荷量为Q,在与其相距为的位置产生的场强为E,请用电场强度的定义和库仑定律推导;
(2)1821年,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,科学的发展证实了电流元在空间可以形成磁场。根据电流元周围存在磁场,小鑫同学大胆猜想:两电流元 之间存在相互作用的磁场力F,可能与两点电荷间的静电力类似。如图甲所示,通有电流I1、I2的两根导线平行放置且电流均向上,设和分别表示导线上A、B两点处的电流元,A、B两点相距为r。(说明:若需常量可用Km表示)
a.请你根据小鑫同学的猜想,写出两电流元间相互作用的磁场力大小F;
b.请类比电场强度的定义方法写出在距电流元为r处B点的磁感应强度的大小,并由安培定则判断B点磁感应强度的方向;
c.如图乙所示,环形电流可以视为是由许多段的电流元组成,假设半径为r的圆环形导线通有电流为I,试求在圆心O处产生的磁感应强度B。
(1)真空中静止的点电荷,电荷量为Q,在与其相距为的位置产生的场强为E,请用电场强度的定义和库仑定律推导;
(2)1821年,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,科学的发展证实了电流元在空间可以形成磁场。根据电流元周围存在磁场,小鑫同学大胆猜想:两
a.请你根据小鑫同学的猜想,写出两电流元间相互作用的磁场力大小F;
b.请类比电场强度的定义方法写出在距电流元为r处B点的磁感应强度的大小,并由安培定则判断B点磁感应强度的方向;
c.如图乙所示,环形电流可以视为是由许多段的电流元组成,假设半径为r的圆环形导线通有电流为I,试求在圆心O处产生的磁感应强度B。
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【推荐1】如图所示,在以O为圆心的圆形区域内,有一个方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,圆半径,竖直平行放置的金属板连接在如图所示的电路中,电源电动势E=120V,内阻r=5Ω,定值电阻R1=5Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为50Ω;两金属板上的小孔S1、S2跟O点在垂直于极板的同一直线上,另有一水平放置的足够长的荧光屏D,O点跟荧光屏D之间的距离H=cm,现有比荷 的正离子由小孔S1进入电场加速后,从小孔S2穿出,通过磁场后打在荧光屏D上,图中的O′点是O点正下方的荧光屏上的一点,若不计离子的重力和离子在小孔S1处的初速度,问∶
(1)求定值电阻R1的最大功率
(2)若离子能垂直打在荧光屏上O′点,则此时滑线变阻器接入电路中的阻值R2=?
(3)调节滑动变阻器滑片的位置不同,离子在磁场中运动的时间也不同,当离子在磁场中运动的时间最长时,求此种情况下打在荧光屏上的位置到屏上O′点的距离X=?
(1)求定值电阻R1的最大功率
(2)若离子能垂直打在荧光屏上O′点,则此时滑线变阻器接入电路中的阻值R2=?
(3)调节滑动变阻器滑片的位置不同,离子在磁场中运动的时间也不同,当离子在磁场中运动的时间最长时,求此种情况下打在荧光屏上的位置到屏上O′点的距离X=?
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【推荐2】如图所示,一对磁偏转线圈形成的匀强磁场分布在R = 0.10m的圆形区域内,磁感应强度为0.1T.圆的左端跟y轴相切于直角坐标系的原点O,右端跟足够大的荧光屏MN相切于x轴上A点,置于原点的粒子源沿x轴正方向射出带正电的粒子流,以v =×106m/s射入磁场,粒子的比荷为1×108c/kg,重力不计.求
(1)粒子在磁场中运动的时间.
(2)粒子打在荧光屏上的位置距A的距离.
(3)要使粒子打不到荧光屏上,求粒子的速度大小应满足的条件.
(1)粒子在磁场中运动的时间.
(2)粒子打在荧光屏上的位置距A的距离.
(3)要使粒子打不到荧光屏上,求粒子的速度大小应满足的条件.
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【推荐1】如图所示,竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨(不计导轨的电阻)相距为L,定值电阻(阻值为R)、电容器(原来不带电电容为C)和开关K相连.整个空间充满了垂直于导轨平面向内的匀强磁场,其磁感应强度的大小为B,一质量为m,电阻不计的金属棒ab横跨在导轨上.
(1)判断金属杆在下落过程中,a、b两端的电势哪端较高?
(2)让K接1,金属棒ab从静止开始下落,已知下落段距离后 达到稳定速度,求此稳定速度=?
(3)让K接2,金属棒ab从静止开始下落,求导体棒的速度与(2)问中的稳定速度相等时,导体棒所经历的时间?
(1)判断金属杆在下落过程中,a、b两端的电势哪端较高?
(2)让K接1,金属棒ab从静止开始下落,已知下落段距离后 达到稳定速度,求此稳定速度=?
(3)让K接2,金属棒ab从静止开始下落,求导体棒的速度与(2)问中的稳定速度相等时,导体棒所经历的时间?
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【推荐2】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,在磁场中有一边长为l的正方形导线框,ab边质量为m,其余边质量不计,cd边有固定的水平轴,导线框可以绕其转动;现将导线框拉至水平位置由静止释放,不计摩擦和空气阻力,导线框经过时间t运动到竖直位置,此时ab边的速度为v,求:
(1)此过程中导线框产生的平均感应电动势的大小;
(2)导线框运动到竖直位置时感应电动势的大小;
(3)过程中线框消耗的电能。
(1)此过程中导线框产生的平均感应电动势的大小;
(2)导线框运动到竖直位置时感应电动势的大小;
(3)过程中线框消耗的电能。
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【推荐3】电磁制动是磁悬浮列车辅助制动的一种方式。某研究团队为列车进站设计电磁制动装置,为了探究其刹车效果,制作了小车和轨道模型。在小车底面安装了一个匝数为N、边长为L的正方形线圈,线圈总电阻为R,小车和线圈的总质量为m。线圈平面与水平轨道平行,俯视图如图所示。小车到站前,关闭小车引擎,让其通过一个宽度为H方向竖直向下的匀强磁场区域,实施电磁制动。小车进入磁场前的速度为,行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计,不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。
(1)a.若小车通过磁场区域后,速度降为,求在此过程中线圈产生的焦耳热;
b.若使小车持续减速通过匀强磁场区域,分析说明磁场区域的宽度H需要满足什么条件;
(2)a.为保证乘客安全,小车刚进入磁场时的加速度大小不能超过,则匀强磁场的磁感应强度B应满足什么条件;
b.为减缓刹车给乘客带来的不适感,刹车的加速度要远小于,磁场的磁感应强度也远小于上述B的条件,因此小车通过图示磁场区域后仍有较大速度。若此后继续以电磁制动的方式使小车减速,为了在尽可能短的距离内让小车减速为零,请设计刹车区域的磁场分布,说明设计方案并画出示意图。
(1)a.若小车通过磁场区域后,速度降为,求在此过程中线圈产生的焦耳热;
b.若使小车持续减速通过匀强磁场区域,分析说明磁场区域的宽度H需要满足什么条件;
(2)a.为保证乘客安全,小车刚进入磁场时的加速度大小不能超过,则匀强磁场的磁感应强度B应满足什么条件;
b.为减缓刹车给乘客带来的不适感,刹车的加速度要远小于,磁场的磁感应强度也远小于上述B的条件,因此小车通过图示磁场区域后仍有较大速度。若此后继续以电磁制动的方式使小车减速,为了在尽可能短的距离内让小车减速为零,请设计刹车区域的磁场分布,说明设计方案并画出示意图。
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