恒定電路中的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng),但有的流走了,另外的又來(lái)補(bǔ)充,電荷的分布是穩(wěn)定的,不隨時(shí)間變化,電場(chǎng)的分布也不會(huì)隨時(shí)間變化。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng),叫作恒定電場(chǎng)。由于在恒定電場(chǎng)中,任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化,它的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等,在恒定電場(chǎng)中同樣適用。
(1)在圖1的串聯(lián)電路中,I1、I2、I3分別表示流過(guò)電路中1、2、3各點(diǎn)的電流。請(qǐng)根據(jù)恒定電場(chǎng)的上述特點(diǎn)和電流的定義式,證明:I1=I2=I3;
(2)在圖1的串聯(lián)電路中,如果以φ0、φ1、φ2、φ3分別表示電路中0、1、2、3各點(diǎn)的電勢(shì),以U01、U12、U23、U03分別表示0與1、1與2、2與3、0與3之間的電勢(shì)差(電壓),請(qǐng)用電勢(shì)差跟電勢(shì)的關(guān)系,證明:U01+U12+U23=U03;
(3)電流做功的實(shí)質(zhì)是:導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功。一段橫截面積為S、長(zhǎng)為l的直導(dǎo)體,單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電荷,自由電荷的電量為e。該導(dǎo)體通有恒定電流時(shí)I,導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差為U,假設(shè)自由電荷定向移動(dòng)的速率均為v;
a.由于導(dǎo)體中電荷的分布是穩(wěn)定的,設(shè)在任意時(shí)間t內(nèi),通過(guò)這段導(dǎo)體任意截面的電量都為q。如圖2所示,相當(dāng)于有電量為q的自由電荷從導(dǎo)體的一端到了另一端。根據(jù)電流做功的實(shí)質(zhì):導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)這些自由電荷的靜電力做的功就等于電流做功。請(qǐng)根據(jù)以上信息,證明:任意時(shí)間t內(nèi)電流做功W=UIt;
b.導(dǎo)體中存在恒定電場(chǎng),導(dǎo)體中全部電荷都受到電場(chǎng)力的作用,某段時(shí)間內(nèi),有的電荷流走了,另外的電荷又來(lái)補(bǔ)充,導(dǎo)體中電荷的總量是不變的。根據(jù)電流做功的實(shí)質(zhì):任意時(shí)間t內(nèi),恒定電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中全部自由電荷的靜電力做的功等于電流做功。請(qǐng)根據(jù)以上信息,證明:任意時(shí)間t內(nèi)電流做功W=UIt。
【考點(diǎn)】電流的微觀表達(dá)式;電勢(shì)差的概念、單位和物理意義及用定義式計(jì)算;電功和電功率的計(jì)算;電勢(shì)的定義、單位和物理意義及用定義式計(jì)算電勢(shì);恒定電流及其產(chǎn)生條件.
【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:186引用:2難度:0.4
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1.對(duì)于同一物理問(wèn)題,常??梢詮暮暧^與微觀兩個(gè)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(gè)自由電子,自由電子電量為e。該導(dǎo)線通有電流時(shí),假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率均為v。
(1)請(qǐng)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(dòng)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(dòng),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(chǎng)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(qǐng)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:130引用:1難度:0.7 -
2.如圖所示,有一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、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(shí),棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/17 12:2:24組卷:868引用:27難度:0.6 -
3.一根長(zhǎng)為2m,橫截面積為1.6×10-3m2的銅棒,兩端電勢(shì)差為5.0×10-2V,銅棒的電阻為2.19×10-3Ω,銅內(nèi)自由電子密度為8.5×1029m-3.求:
(1)通過(guò)銅棒的電流
(2)銅棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度
(3)自由電子定向移動(dòng)的速率.發(fā)布:2024/12/29 17:30:1組卷:133引用:4難度:0.5
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