【題目】超導(dǎo)體在溫度特別低時電阻可以降到幾乎為零.將一個閉合超導(dǎo)金屬圓環(huán)水平放置在勻強磁場中,磁感線垂直于圓環(huán)平面,逐漸降低溫度使超導(dǎo)環(huán)發(fā)生由正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變后突然撤去磁場,此后若環(huán)中的電流不隨時間變化,則表明其電阻為零.為探究該圓環(huán)在超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限,研究人員測得撤去磁場后環(huán)中電流為I,并經(jīng)一年以上的時間t未檢測出電流變化.實際上儀器只能檢測出大于△I的電流變化,其中△II,當(dāng)電流的變化小于△I時,儀器檢測不出電流的變化,研究人員便認(rèn)為電流沒有變化.設(shè)環(huán)的橫截面積為S,環(huán)中電子定向移動的平均速率為v,電子質(zhì)量為m、電荷量為e,環(huán)中定向移動電子減少的動能全轉(zhuǎn)化為圓環(huán)的內(nèi)能.試用上述給出的各物理量,求超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限ρ.

【答案】解:設(shè)圓環(huán)周長為l、電阻為R,由電阻定律得:
設(shè)t時間內(nèi)環(huán)中電流釋放焦耳熱而損失的能量為△E,由焦耳定律得:△E=I2Rt
設(shè)環(huán)中單位體積內(nèi)定向移動電子數(shù)為n,則有:I=nevS
式中n、e、S不變,只有定向移動電子的平均速率的變化才會引起環(huán)中電流的變化,電流變化大小取△I時,相應(yīng)定向移動電子的平均速率的變化得大小為△v,則有:△I=neS△v
設(shè)環(huán)中定向移動電子減少的動能總和為△Ek , 則有:
由于△II,可得:
因為環(huán)中定向移動電子減少的動能全轉(zhuǎn)化為圓環(huán)的內(nèi)能.有:△E=△Ek
聯(lián)立上述各式,得:
答:超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限ρ為
【解析】根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I=neSv可求得電流的變化量與速度間的關(guān)系;再由焦耳定律以及能量守恒定律列式后聯(lián)立求解即可;
【考點精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解功能關(guān)系的相關(guān)知識,掌握當(dāng)只有重力(或彈簧彈力)做功時,物體的機械能守恒;重力對物體做的功等于物體重力勢能的減少:W G =E p1 -E p2;合外力對物體所做的功等于物體動能的變化:W =E k2 -E k1 (動能定理);除了重力(或彈簧彈力)之外的力對物體所做的功等于物體機械能的變化:W F =E 2 -E 1,以及對焦耳定律的理解,了解焦耳定律:Q=I2Rt,式中Q表示電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,單位是J.焦耳定律無論是對純電阻電路還是對非純電阻電路都是適用的.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移。下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E,按照你對實驗的理解,在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容,然后按實際操作的合理步驟,將各步驟的字母代號順序?qū)懺诳瞻滋?/span>。

A.在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線,導(dǎo)線的另一端分別接在50 Hz的低壓________ (填交流直流)電源的兩個接線柱上;

B.把電磁打點計時器固定在桌子上,讓紙帶穿過________(填插孔限位孔),并壓在________(填白紙”或“復(fù)寫紙”)下面;

C.用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離Δx;

D.切斷電源,取下紙帶,如果共有6個清晰的點,則這段紙帶記錄的時間Δt=______;

E.打開電源開關(guān),再用手水平地拉動紙帶,紙帶上打下一系列小點;

F.利用公式計算紙帶運動的平均速度。

實驗步驟的合理順序是_______________。

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【題目】如圖甲所示,物塊A與木板B疊放在粗糙水平面上,其中A的質(zhì)量為m,B的質(zhì)量為2m,且B足夠長,A與B、B與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ.對木板B施加一水平變力F,F(xiàn)隨t變化的關(guān)系如圖乙所示,A與B、B與地面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.下列說法正確的是( )

A.在0~t1時間內(nèi),A,B間的摩擦力為零
B.在t1~t2時間內(nèi),A受到的摩擦力方向水平向左
C.在t2時刻,A,B間的摩擦力大小為0.5μmg
D.在t3時刻以后,A,B間的摩擦力大小為μmg

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,在M、N處固定兩個等量同種點電荷,兩電荷均帶正電.O點是MN連線的中點,直線PQ是MN的中垂線.現(xiàn)有一帶正電的試探電荷q自O(shè)點以大小是v0的初速度沿直線向Q點運動.若試探電荷q只受M、N處兩電荷的電場力作用,則下列說法正確的是( )

A.q將做勻速直線運動
B.q的加速度將逐漸減小
C.q的動能將逐漸減小
D.q的電勢能將逐漸減小

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】2012年11月,我國艦載機在航母上首降成功.設(shè)某一艦載機質(zhì)量為m=2.5×104kg,著艦速度為v0=50m/s,著艦過程中航母靜止不動.發(fā)動機的推力大小恒為F=1.2×105N,若空氣阻力和甲板阻力保持不變.

(1)若飛機著艦后,關(guān)閉發(fā)動機,僅受空氣阻力和甲板阻力作用,飛機將在甲板上以a0=2m/s2的加速度做勻減速運動,航母甲板至少多長才能保證飛機不滑到海里.
(2)為了讓飛機在有限長度的跑道上停下來,甲板上設(shè)置了攔阻索讓飛機減速,同時考慮到飛機尾鉤掛索失敗需要復(fù)飛的情況,飛機著艦時并不關(guān)閉發(fā)動機.若飛機著艦后就鉤住攔阻索,圖示為飛機鉤住攔阻索后某時刻的情景,此時飛機的加速度大小為a1=38m/s2 , 速度為40m/s,攔阻索夾角θ=106°兩滑輪間距40m,(sin53°=0.8,cos53°=0.6)
a.求此時攔阻索承受的張力大。
b.飛機從著艦到圖示時刻,攔阻索對飛機做的功.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】將質(zhì)量為m的物體,以初速度v0豎直向上拋出.已知拋出過程中阻力大小恒為重力的0.2倍.求
(1)物體上升的最大高度;
(2)物體落回拋出點時的速度大。

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【題目】如圖,水平地面上有三個靠在一起的物塊P、Q和R,質(zhì)量分別為m、2m和3m,物塊與地面間的動摩擦因數(shù)都為μ.用大小為F的水平外力推動物塊P,記R和Q之間相互作用力與Q與P之間相互作用力大小之比為k.下列判斷正確的是( 。

A.若μ≠0,則k=
B.若μ≠0,則k=
C.若μ=0,則k=
D.若μ=0,則k=

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【題目】為減小京廣高鐵火車高速轉(zhuǎn)彎時對外軌的磨損,以下措施可行的是( )
A.減小內(nèi)外軌的高度差
B.增加內(nèi)外軌的高度差
C.減小彎道半徑
D.增大彎道半徑

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【題目】火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行,根據(jù)開普勒行星運動定律可知( )
A.火星與木星公轉(zhuǎn)周期相等
B.火星和木星繞太陽運行速度的大小始終不變
C.太陽位于木星運行橢圓軌道的某焦點上
D.相同時間內(nèi),火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積

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