以高科技为背景的磁场问题例析.pdf
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1、以高科技为背景的磁场问题例析 山东省高青一中 于正和 新高考的特点注定了高考在联系实际,考查能力,关注社会热点及学科间联系上不断强化。磁场部分联系实际的理综 题,主要考查学生的空间想象能力、物理过程的分析推力能力、知识的综合应用等。下面通过具体实例加以分析。 例 1 如图 1 所示, AB 、CD 是一个底面边长为a的正方形筒的两侧壁, AB 、CD 是电的良导 体,前后两边是绝缘体,将P、Q 分别接在电源电动势E的两极,且知 AgNO3溶液的电阻率为、 密度为K,B、D两端刚好与 AgNO3溶液液面接触, 并加垂直纸面向里的匀强磁场B,通电稳后, 试求: 1 定 , (1)液面能上升的高度?
2、 (2)AB 、CD是非常不活泼的金属,保证通电过程中不被氧化,试问哪一边有Ag析出? 解析:这是一道跨学科综合题,结合巧妙,渗透合理,答案开放。主要考查学生对物理 过程的分析推理能力及知识的综合应用等。 (1)设AgNO3上升的高度为x该x段的电阻为 R= ax a = x ,电流为I= R E = Ex 该 段AgNOx 3受向下的重力和向上的安培力,稳定时二者相等,即Ka 2xg=Ba Ex 。 解得E= B agK 可见,当E B agK 时,AgNO3上升的高度是零;当E= B agK 时,AgNO3上升的高度是任意的,但不会溢出筒外;当E B agK 时 、, ,AgNO3可上升到
3、筒顶并溢出。 (2)CD边有 Ag析出。 例 21998 年 6 月 2 日,由美籍华人科学家丁肇中主持研制的阿尔 法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空,用来探测宇宙中是否有反物 质和暗物质,该探测仪的核心部件永磁铁由中国科学院电工研究所设 计制造。反物质与原物质具有相同的质量数,而电性相反, 如与、 等物质粒子相对应的反粒子为 - 、 1 0 e 0 1 反原子核由反质子和 反中子组成,根据反粒子和相应粒子的质量相同而电荷相反,故可用下列方法探测:为简化设计如图2 所示,设图中各粒 子或反粒子沿垂至于匀强磁场B方向( O O入截面为 MNPQ的磁谱仪时速度相同,且氢原子核(H 1 H 1 1
4、 n 1 0 e 0 1- H 1 1 n )进 1 在 , )Ox轴上的偏转位 移x0恰为其轨道半径r的一半试预言反氢核(H 1 1- )和反氦核(He 4 2- )的轨迹及其在Ox轴上的偏转位移x1和x2。如果预 言正确,那么当人们观测到这样的轨迹,就证明已经探测到了反氢核(H 1 1- )和反氦核(He 4 2- ) 。 解析:本题以新高科技为背景,考查学生理论联系实际、吸收消化整合信息的能力。同时着重考查学生运用几何知识 处理问题的能力。 因为反氢和反氦核带负电,故均与氢原子核(H 1 1 )在同一磁场中的偏转方向相反,都向左偏转,设其偏转半径为r1和r2。 + AC Q P 图 1
5、AgNO BD 3 图 2 N M x0=r/2 xQ P O1 O / O O 2 B由qv= R mv 2 得 r1= Be mv = r,r2= Be mv 2 4 =2 r 。 由题意知,x1= 2 1 r,=60 0,从图中几何关系可得, sin sin = 2 1 r r = 2 1 ,所以sin= 2 1 ins= 4 3 。由图中几何关系 可知x2=(2 r2 rcos) 解得x, 2=(2 2 13 )r。 例 3 磁铁有N、S两极,跟正负电荷有很大的相似性,人们假定在一根磁棒的两极上有一种叫做“磁荷”的东西,N 极上的叫做正磁荷,S极上的叫做负磁荷,同号磁荷相斥,异号磁荷相
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