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高中物理
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1.
(2023高二上·宁德期末)
某高二学习小组在学习自感电动势时了解到自感电动势
, 教材中称自感系数L与线圈的大小、形状、圈数、以及是否有铁芯等因素有关。他们决定探究一下这个结论。查阅资料知道,长且直的密绕的螺线管内部磁场可以看成匀强磁场:B=µ
0
nI,µ
0
为常数,I为螺线管中电流,
是单位长度上的线圈匝数,l是螺线管长度,N为线圈总匝数。
(1) 他们首先用霍尔材料来探究螺线管内磁场是否为匀强磁场。如图所示,R
1
和R
2
是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体(二者单位体积内所含的自由电子数相同),但R
1
的尺寸比R
2
的尺寸大。将两导体同时放置在同一匀强磁场B中,磁场方向垂直于两导体正方形表面,在两导体上加相同的电压,形成图所示方向的电流;电子由于定向移动,会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用,从而产生霍尔电压,当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法正确的是( )
A .
R
1
中的电流大于R
2
中的电流
B .
R
1
中的电流等于R
2
中的电流
C .
霍尔电压和图中通过的电流I成正比,和图中竖直向上的磁感应确定B成正比
D .
R
1
中产生的霍尔电压等于R
2
中产生的霍尔电压
(2) 根据理论推导,他们决定保持图1左右两侧的电流不变,在图1前后表面连接电压表测定霍尔电压,请你用导线将电源、滑动变阻器,毫安电流表连好电路,来控制霍尔元件中电流,两块表都使用较小量程.
(3) 用该电路测量出多组数据,得到下图所示的B—x图象(x为螺线管中点开始的水平距离)则除去边缘外
(填可以、不可以)验证管内磁感应强度公式B=µ
0
nI正确。
(4) 最后,请根据法拉第电磁感应定律推导出长且直的螺线管的自感系数。设螺线管内部磁场为匀强磁场:B=µ
0
nI,µ
0
为常数,I为螺线管中电流,
是单位长度上的线圈匝数,l是螺线管长度,N为线圈总匝数。设每匝线圈包围的面积为s,螺线管总长度为l,螺线管体积V=sl,则自感系数L表达式正确的是 ( )
A .
B .
C .
D .
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