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恒定电路中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,电荷的分布是稳定的,不随时间变化,电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,叫作恒定电场。由于在恒定电场中,任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化,它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中同样适用。
(1)在图1的串联电路中,I1、I2、I3分别表示流过电路中1、2、3各点的电流。请根据恒定电场的上述特点和电流的定义式,证明:I1=I2=I3
(2)在图1的串联电路中,如果以φ0、φ1、φ2、φ3分别表示电路中0、1、2、3各点的电势,以U01、U12、U23、U03分别表示0与1、1与2、2与3、0与3之间的电势差(电压),请用电势差跟电势的关系,证明:U01+U12+U23=U03
(3)电流做功的实质是:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。一段横截面积为S、长为l的直导体,单位体积内有n个自由电荷,自由电荷的电量为e。该导体通有恒定电流时I,导体两端的电势差为U,假设自由电荷定向移动的速率均为v;
a.由于导体中电荷的分布是稳定的,设在任意时间t内,通过这段导体任意截面的电量都为q。如图2所示,相当于有电量为q的自由电荷从导体的一端到了另一端。根据电流做功的实质:导体中的恒定电场对这些自由电荷的静电力做的功就等于电流做功。请根据以上信息,证明:任意时间t内电流做功W=UIt;
b.导体中存在恒定电场,导体中全部电荷都受到电场力的作用,某段时间内,有的电荷流走了,另外的电荷又来补充,导体中电荷的总量是不变的。根据电流做功的实质:任意时间t内,恒定电场对导体中全部自由电荷的静电力做的功等于电流做功。请根据以上信息,证明:任意时间t内电流做功W=UIt。

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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:204引用:2难度:0.4
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  • 1.对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行分析研究,宏观规律是由微观机理所决定,找出二者的内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。如图1所示,一段横截面积为S的直导线,单位体积内有n个自由电子,自由电子电量为e。该导线通有电流时,假设自由电子定向移动的速率均为v。
    (1)请根据电流的公式I=
    q
    t
    ,推导电流微观表达式I;
    (2)原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动,电子的电荷量为e,等效电流有多大?
    (3)如图2所示,将图1所示导线放在匀强磁场中,电流方向垂直于磁感应强度B,导线所受安培力大小为F,导线内自由电子所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力,请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。

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