【知识点详解】
1. 磁感应强度定义:磁感应强度 B 的定义式为 B=F/IL,其中 F 是通电导线 L 在磁场中受到的力,I 是电流,L 是导线长度。这个公式表明,如果通电导线在某处不受磁场力(F=0),并不意味着该处的磁感应强度 B 为零,可能是由于 L 很短或者 I 很小,导致 F 趋于零。此外,该定义式不仅适用于匀强磁场,也适用于非匀强磁场,只要满足 L 很短且 I 很小的条件。
2. 安培力的方向:根据安培定律,通电导线在磁场中的受力方向可用右手定则判断,拇指指向电流方向,四指弯曲指向磁感应强度方向,那么手掌的闭合方向就是导线受力的方向。在赤道上空,地球磁场从南向北,所以东向西的电流会受到向上的安培力。
3. 电磁感应现象:当导线 ab 在磁场中移动时,会产生感生电动势,进而产生感生电流。根据楞次定律,感生电流产生的磁场总是企图阻碍原磁场的变化。在本题中,ab 向左或向右运动时,都会引起磁场的变化,从而与导线 MN 产生相互作用,但具体是吸引还是排斥取决于感生电流的方向。
4. 离子束偏转:在正交的匀强磁场和电场中,粒子的运动轨迹取决于其荷质比(q/m)。若粒子束未发生偏转,说明它们的荷质比相同。因此,当进入另一磁场后,它们分开成几束,这表明它们的荷质比不同,而动能、电量或质量的不同并不足以解释这种分离。
5. 电路分析:在闭合电路中,K 断开时,电路处于开路状态,A、B 两点的电势相等。当 K 闭合,若电路中无其他电源,A、B 两点的电势差保持不变,因此 UA 和 UB 皆不改变。
6. 液滴在电场和磁场中的运动:电量为 q 的液滴在垂直的匀强电场 E 和磁场 B 中做匀速圆周运动,表明电场力和洛伦兹力平衡。液滴的质量 m 和环绕速度 v 可通过向心力公式 F=q(Ev×B) 和 F=mv²/R 计算,得到 m=qER²/B² 和 v=E BR。
7. 带电粒子在磁场中的运动:粒子的动能减少,但其速度方向会改变,表明粒子受到的力与速度方向相反,即粒子受到与速度方向相反的洛伦兹力。根据左手定则,负电荷在磁场中受到的力方向与速度方向相反,故粒子带负电,运动方向为 c→b→a。
8. 回旋加速器原理:质子在回旋加速器中加速,其动能与加速电压和磁感应强度有关。要增加动能,可以增大磁感应强度或加速电压,或者增大 D 形盒的半径,以允许质子在更大的圆周上加速。
9. 小金属球在磁场中的滚动:小金属球在磁场中滚动,其能量转化涉及到动能、势能以及磁场力做功。若是匀强磁场,滚动过程中能量守恒,高度不变;若是非匀强磁场,磁场力做功不守恒,高度可能改变。
10. 带电粒子在磁场中的运动:粒子在两个相反磁场中运动,根据洛伦兹力做功的特点,粒子沿垂直磁场的分速度不变,沿磁场方向的速度会周期性变化。粒子到达 d、c、b 点的时间取决于粒子在磁场中的周期,计算时需考虑粒子在磁场中的轨迹半径和速度。
【填空题解析】
11. 螺旋测微器读数:螺旋测微器的读数包括固定刻度值加上可动刻度的半格数,从图像中读出固定刻度为 5.5,可动刻度的半格数为 13,因此总读数为 5.5 + 0.0013 = 5.513 mm。游标卡尺读数:游标卡尺的读数是主尺读数加上游标读数,主尺读数为 12 mm,游标上的第 10 条刻线与主尺对齐,游标每格为 0.9 mm,因此游标读数为 10 × 0.9 / 10 = 0.9 mm,总读数为 12.9 mm。
12. 多用电表测量电阻:使用多用电表测量电阻前,应首先调零。从图像 (a) 中可以看出,多用表指针落在第二条完整刻线上,对应的电阻值为 10 × 10 = 100 Ω。精确测量电阻时,可使用电流表并联法或串联法,但题干提供的器材中没有电压表,因此建议使用电流表并联法,将电流表 A2 与待测电阻并联,测量通过电阻的电流,然后利用欧姆定律计算电阻值。根据欧姆定律,R_x = U/I,其中 U 是电源电动势,I 是通过电阻的电流。在此电路中,可以调节滑动变阻器 R 使得电流表满偏,此时电阻 Rx 与 R0 并联,电流表读数即为流过 Rx 的电流,进一步计算 Rx 的阻值。