HFUT - 大学物理B_简答

Posted 2021-03-18 litun

short answer question

如何用偏振片鉴别自然光、部分偏振光、线偏振光

• 以光传播方向为轴, 偏振片旋转360°, 如果光强随偏振片的转动没有变化, 这束光是自然光. 如果用偏振片进行观察时, 光强随偏振片的转动有变化但没有消光, 则这束光是部分偏振光. 如果随偏振片的转动出现两次消光, 则这束光是线偏振光.

在日常生活中看到肥皂膜呈现出彩色条纹, 解释该现象.

• 这是一种光的干涉现象. 太阳光中含有各种波长的光波, 当太阳光照射肥皂膜时, 经油膜上下两表面反射的光形成相干光束, 有些地方红光得到加强, 有些地方绿光得到加强, 这样就可以看到肥皂膜呈现出彩色条纹.

简述静电平衡条件, 并用静电平衡条件和电势差的定义解释处于静电平衡状态的导体是等势体, 导体的表面是等势面.

• 条件:
  • 1.导体内任一点的电场处处为零;
  • 2.导体表面上任一点的电场强度处处垂直于表面.
• 导体是等势体, 是因为导体内部电场强度处处为零, 所以导体上任意点处的电势差为零, 所以导体内部各点电势相等;导体是等势面, 是因为导体表面任一点处的场强都垂直于表面, 无切向分量, 沿表面的电势差为零, 电势没有变化, 所以导体表面各点电势相等, 并与导体内电势相等, 故导体是等势体.

电势的物理意义是什么？通常情况下如何选择电势零点？为什么感生电场中不能引入电势的概念？

• 电势是从能量角度上描述电场的物理量.电势是一个相对的概念, 零电势一般取无限
  远处或者大地为零势能点. 电场分为 电荷产生的保守场 和 磁场变化产生的非保守场 (正式名称:涡旋电场), 感生电场是指涡旋电场, 两点之间的电势差(电压)就是电动势, 与路径有关, 所以, 感生电场研究电势没意义.

电场是如何产生的？电场因产生的机理不同而具有哪些不同的性质？

• 静止电荷在其周围空间产生的电场, 称为静电场;随时间变化的磁场在其周围空间激
  发的电场称为有感应电场(涡旋电场) .静电场是有源无旋场, 电荷是场源;感应电场是无
  源有旋场.

静电场的电场线如何描述静电场？静电场电场线有哪些特点？

• 电场线是为了直观形象地描述电场分布, 在电场中引入的一些假想的曲线.曲线上每
  一点的切线方向和该点电场强度的方向一致; 曲线密集的地方场强强, 稀疏的地方场强弱.
• 特点:静电场中电场线不是闭合曲线, 在静电场中, 电场线起始于正电荷或无穷远处, 终止于负电荷或无穷远处, 不形成闭合曲线．

论述静电场和涡旋电场的区别和联系.

• 静电场和涡旋电场的相同点:
  • 两者都具有电场的基本特性, 即两种电场都对处于其中的电荷有力的作用, 它们都具有能量具有物质性.
  • 静电场和涡旋电场的电场强度定义相同, 都可用 E=F/q定义.
  • 静电场和涡旋电场中都可以以电场线形象的表示.
• 静电场和涡旋电场的不同点:
  • 两类电场产生的原因不同, 静电场是由静止电荷产生的, 涡旋电场是由变化磁场产生的.
  • 静电场是保守场(类比重力场), 静电力对电荷的作用与电荷的运动路径无关, 只与
    初末位置有关, 其电场线是有始有终的.涡旋电场是非保守场, 电场力对电荷的作用与电
    荷的运动路径有关, 其电场线是闭合的, 静电场可以引入电势的概念, 而涡旋电场不行.
  • 静电场的电场强度是由 “场源电荷” 的能量和空间位置决定, 而涡旋电场是由磁场变化率和空间位置决定.

简述电场强度和电势的关系, 请举例说明.

• 场强与电势无直接关系.因为某点电势的值是相对选取的零点电势而言的, 选取的零
  点电势不同, 电势的值也不同, 而场强不变.零电势可人为选取, 而场强是否为零则由电
  场本身决定.

简述静电屏蔽效应, 并举例说明其应用.

• 处于静电平衡状态的导体, 内部的场强处处为零.因此, 可利用金属外壳或金属网封
  闭某一区域不在受外界电场的影响, 这一现象称静电屏蔽.电磁防辐射服就是利用这个原
  理.

简述尖端放电效应, 并举例说明其应用.

• 尖端放电是在强电场作用下, 物体尖锐部分发生的一种放电现象.一般的电子打火装置, 避雷针, 还有工业烟囱除尘的装置都是运用了尖端放电的原理.

有人认为:
(1)如果高斯面上 E 处处为零则高斯面内必无电荷;
(2)如果高斯面内无电荷,
则高斯面上 E处处为零;你认为这些说法是否正确？为什么？

• 两种说法都是错的,
  • 该高斯面内也可能有等量的正电荷和负电荷, 总电荷为零. 随便举个例子:一个均匀分布正电荷球面的球心处放一个负电荷, 正负电荷数量相等.在球面外任意做高斯面, 高斯面上 E 处处为零.
  • 如果有一对正负电荷分布在高斯面的无限接近边缘的地方, 这样的情况时高斯面内没有静电荷但是在接近电荷的高斯面区域E 并不为零.根据高斯定理, 高斯面上的电场通量(外法线方向为正)等于高斯面内的电荷数.
  • 以如果高斯面内无电荷, 高斯面上的电场通量应该等于强度处处为零 .因为有的地方电场线可以流入高斯面(对积分的贡献为负)时, 面上是有电场的, 但面内没有电荷.

磁场是如何产生的, 举例说明.

• 磁场是由运动电荷或变化电场产生的.运动的电荷在空间激发磁场

磁感应线是如何描述磁场的, 磁感应线有什么性质？

• 在磁场中画出一系列有方向 的闭合曲线, 且使曲线上每一点的切线方向表示该点的磁
  场方向.也就是在该点放上小磁针, 静止时 N 极的指向或 N 极的受力方向.性质:磁感线
  是不存在、不相交的闭合曲线.磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向.磁感线的疏
  密表示磁场的强弱. 匀强磁场的磁感应强度的大小、 方向都一样, 磁感线是一组相互平行、方向相同、疏密均匀的直线.磁感应线有可以描述磁场的强弱和方向.

描述奥斯特、毕奥和萨伐尔以及安培发现了那些与磁现象有关的实验现象及实验规律.

• 奥斯特发现了载流导线对磁针的作用, 毕奥和萨伐尔再对大量实验分析后提出毕奥
  0, 但这并不等于高斯面上电场, 而有的地方可以流出高斯面(对积分的贡献为正), 如果正负刚好抵消, 也就是电场通量的代数和为0, 萨伐尔定律, 安培发现两载流导线的相互作用, 提出物质磁性本质的分子电流假说.

举例说明如何用楞次定律判断感应电流或感应电动势的方向.

• 楞次定律:闭合回路中的感应电流的方向, 总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应
  电流磁通量的变化.例如, 将一个条形磁铁 N 极插入一个环形单匝导线时, 导线会产生逆
  时针的电流, 原因是逆时针的电流可以阻碍垂直向下增加的磁场.

分析正电荷 q 以不同倾角进入匀强磁场后运动有什么样的规律？

• 当倾角为零度时, 电荷作直线运动;
• 当电荷运动方向垂直与磁场方向时, 做圆周运动;
• 当倾角不为以上两种情况时, 作螺线运动.

举例说明洛伦兹力的应用(有简单的原理说明, 可作图) .

• 质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心.离子源是使试样分子在高真空条
  件下离子化的装置.电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎
  片离子和中性粒子.它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析
  器.质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子, 按质荷比离子依次进入离子检测器,采集放大离子信号, 经计算机处理, 绘制成质谱图.

解释感生电动势和动生电动势？说明产生这两种电动势的非静电力是什么, 为什么？

• 感生电动势是磁场变化产生的电动势, 动生电动势是导体切割磁感线产生的.前者的
  非静电力是感生电场力, 后者是洛伦兹力.

电动势的物理意义是什么？感生电动势和动生电动势的根源是什么？

• 电动势物理意义:单位正电荷从负极通过电源内部移动
  到正极的过程中, 非静电力所做的功. 感生电动势的根源是感生电场力, 动生电动势的根源是洛伦兹力.

解释传导电流和位移电流？描述它们的异同点.

• 位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分.英国物理学家麦克斯韦首先提出这种变化将产生磁场的假设并称其为 “位移电流”.位移电流不是电荷作定向运动的电流, 但它引起的变化电场, 也相当于一种电流. 位移电流也可以描述成:电容器充电时, 极板 间变化的电场被视为等效电流.
• 电子在外电场驱使下会发生定向运动, 形成宏观电流, 但这电流的持续时间是极短暂的. 若将导体两端接到电池的两极上, 就能在导体内形成长时间持续的电流.这种存在于导体 内的电流称为传导电流．
• 相同点:都可以在空间激发磁场.
• 不同点:
  • 传导电流: 在静电感应过程中, 金属导体内的大量自由
  • 位移电流只表示电场的变化率,与传导电流不同,它不产生热效应、化学效应等. 而传导电流又热效应和化学效应.
  • 位移电流的本质是变化着的电场, 而传导电流则是自由电荷的定向运动;
  • 传导电流在通 过导体时会产生焦耳热, 而位移电流则不会产生焦耳热;
  • 位移电流也即变化着的电场可以存在于真空、导体、电介质中, 而传导电流只能存在于导体中.

描述如何利用法拉第电磁感应获得直流电和交流电.

• 直流电:让一根导线为转轴, 在匀强磁场中旋转.在匀强磁场中以恒定速度向同一方向运动;