2014北京高考物理24.doc

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1、2014北京高考物理24（3）题的解答…..付崇雷2015-4月24.导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。如图所示，固定于水平面的U型导线框处于竖直向下的匀强磁场中，金属直导线MN在于其垂直的水平恒力F作用下，在导线框上以速度v做匀速运动，速度v与恒力F的方向相同:导线MN始终与导线框形成闭合电路。已知导线MN电阻为R，其长度L恰好等于平行轨道间距，磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线框的电阻。MNFBV（3）经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞

2、。展开你想象的翅膀，给出一个合理的自由电子的运动模型；在此基础上，求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力f的表达式。)SL•eιΔt解：设导体棒的长度为L,横截面积为S.【建立完全弹性碰撞模型】设大量电子和金属离子碰撞的平均速度为，所用时间为Δt.通过的位移为ι，平均作用力为f,并设电子的个数密度为n,电流强度为I,导体棒的宏观速度为V则：总电子数N=nSL…………………….①一个电子碰撞一次做的功=fι………………………②N个电子在Δt内的总功W=N=nSL•fι而ι=•Δt∴W=nS•Δt•fL……

3、……….③又∵I=enS∴nS=…..代入③得：W=•Δt•fL……………………..④而I=代入④得：W=•Δt•fL……………………..④即Δt时间内转化转化成的焦耳热Q=W=•Δt•fL…………….⑤宏观看，外力F在Δt时间内做的功：W′=FV•Δt………………………………⑥而因匀速运动F=又=.......代入⑥得W′=V•Δt…………………………⑦安功是能量转化的量度和能量守恒应W′=Q即V•Δt=•Δt•fL∴f=eVB