【题目】类比法、等效法等都是研究和学习物理过程中常用的重要方法:

(1)简谐运动是机械振动中最简单的一种理想化的运动模型。它具有如下特点:简谐运动的物体受到的回复力,大小与物体偏离平衡位置的位移 x 成正比,方向与 x 方向相反;简谐运动具有周期性。

通过研究发现:如图甲,摆长为 L、摆球质量为 m 的单摆,在重力场中做小角度摆动时可以看作简谐振动,其周期为T = 2πg 为当地重力加速度;

现将该单摆的摆球带上正电,电量为+q。分别置于竖直向下的匀强电场E(图乙)、和垂直于纸面向里的匀强磁场 B(图丙)中,并均做小角度的简谐运动。已知细线是绝缘的,类比重力场中的单摆周期公式,分析求出该单摆在乙、丙两图中振动的周期。

(2)物理中存在通量这个物理量,通量的定义要用到高等数学知识。在高中阶段,对通量的定义采用的是简单化处理方法并辅以形象化物理模型进行理解。

①“磁通量”就是一种常见的“通量”。在高中阶段我们是这样来定义“磁通量”的:设在磁感应强度为B 的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直、面积为 S 的平面,我们把 B S 的乘积叫做穿过这个面积的磁通量(图1),简称磁通,用字母 Φ 表示,则 Φ=BS

如图2所示,空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为 B。一个面积为S 矩形线圈与竖直面间的夹角为θ,试求穿过该矩形线圈的磁通量 Φ

电通量也是一种常见通量。在定义电通量时只需要把磁通量中的磁感应强度 B 替换为电场强度 E即可。已知静电力常量为 k,请同学们充分运用类比的方法解决以下问题:

a.如图 3,空间存在正点电荷Q ,以点电荷为球心作半径为 R 的球面。试求通过该球面的电通量 ΦE1

b.上述情况映射的是静电场中高斯定理高斯定理可以从库仑定律出发得到严格证明。高斯定理可表述为:通过静电场中任一闭合曲面的电通量等于闭合曲面内所含电荷量 Q 4πk 的乘积,即 ΦE=4πkQ;试根据高斯定理证明:一个半径为R的均匀带电球体(或球壳)在外部产生的电场,与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同,球外各点的电场强度也是 =k r),式中 r 是球心到该点的距离,为整个球体所带的电荷量。

 0  171357  171365  171371  171375  171381  171383  171387  171393  171395  171401  171407  171411  171413  171417  171423  171425  171431  171435  171437  171441  171443  171447  171449  171451  171452  171453  171455  171456  171457  171459  171461  171465  171467  171471  171473  171477  171483  171485  171491  171495  171497  171501  171507  171513  171515  171521  171525  171527  171533  171537  171543  171551  176998 

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