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《宏观微观结合在物理中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、宏观和微观相结合在物理中的应用我们知道物理是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。我们不仅关注宏观的物理现象，我们更要分析隐藏在这些现象背示的微观木质.宏观是不分析微粒群的单个微粒的作用效果而只看整体表现，是最早期的物理研究屮就已经出现的；微观是根据单个微粒的作用效果进而找出它们的宏观表现，是随着科技的发展逐渐完善的.在高中阶段，对于同一个物理问题，我们冇时候也町以从宏观的角度和微观的角度分别进行分析研究，进而找出这个问题的物理本质，深刻理解这个问题.教材里也有对这个方法的涉及，例如电流的微观本质，洛伦兹力和安培力的关系等.
2、下面我们来看几个典型的例了，希望能够对同学们的学习冇所启辿.例1光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一血•前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.我们知道光子的能^.E=mc2f动最p/,其A中C为真空中光速，久为光的波长.（1）光照射到物体表面时，如同大量气体分了与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体农面产牛压强，这就是“光压”，用/表示.一台发光功率为Po的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S.当该激光束垂肓照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表血引
3、起的光压的表达式.（2）设想利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，将太阳系屮的探测器送到太阳系以夕卜，这就需要为探测器制作一个很人的光帆，以使太阳光对光帆的压力超过太阳对探测器的引力，不考虑行星对探测器的引力.一个质量为m的探测器，正在朝远离太阳的方向运动.已知引力常量为G,太阳的质量为M,太阳单位时间辐射的总能量为P.设帆面始终与太阳光垂直，H•光帆能将太阳光一半反射，一半吸收.试估算该探测器光帆的面积应满足的条件.解析（1）一小段时间“内激光器发射的光子数光照射物体表面，由动最定理Ft=np产生的光压/=<（2）由（1）同理
4、可知,当光一半被反射一半被吸收吋，产生的光压距A阳为厂处光帆受到的光压"3P2c-471/-2太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力ISf>GMm解得S‘>^ncGMin3P例2对于同物理问题，常常可以从宏观打微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质.(1)i段横截面积为S、长为1的直导线，单位体积内有n个口由电子，电子电量为e.该导线通有电流时，假设自由电了定向移动的速率均为v.(a)求导线中的电流I；(b)将该导线放在匀强磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B,导线所受安培力大小为F安，导线内自由
5、电了所受洛伦兹力人小的总和为F,推导F^F.(2)正方体密闭容器小有大量运动粒子，每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量n为恒量•为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰揷前后瞬间，粒了速度方向都与器壁垂直，H•速率不变.利川所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力f与m、n和v的关系.解析(1)(a)设&时间内通过导体横截面的电量为勺，由电流定义式得△q_neSvtAzAr=neSv(1)每个自由电子所受的洛伦兹力饨=evB,设导体中共冇N个自由电子，N=nSl,导体内自山电子
6、所受洛伦兹力的总和卩二NF洛二nSlevB,安培力F安=⑻=neSvBl,所以f=F(2)一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量△/=2mv,面积为S、高为必(的柱体内的粒了总数为N=浪2(如图所示)，由于与向各个方向碰-N^-nSvM撞的几率相等，所以与面积S的器壁碰撞的粒了数占总数的6,即6I==-nSmv2t“吋间内粒子给面积为S的器壁的总冲量为3F=—=—nSmv2面积为S的器壁上所受的压力23单位面积的器壁所受的压力’S3例3(1){III图1所示，固定于水平血上的金属框架abed,处在竖直向下的匀强磁场中.金属棒沿框架
7、以速度v向右做匀速运动。框架的ab与de平行,be与ab.de垂肓.MV与加的长度均为/,在运动过程中MV始终与加平行，H.与框架保持良好接触.磁场的磁感应强度为B.a.请根据法拉第电磁感应定律E=—,推导金属棒MV中的感应电动势E；A/b.在上述情景屮，金属棒相当于一个电源，这时的非静电力与棒屮白由电子所受洛伦兹力有关.请根据电动势的定义，推导金丿瓜棒MV小的感应电动势E.（2）为进一步研究导线做切割磁感线运动产生感应电动势的过程，现构建如下情景：如图2所示，在垂直于纸而向里的匀强磁场小，一-内壁光滑长为/的绝缘细管MV,沿纸面
8、以速度v向右做匀速运动.在管的N端固定一个电最为q的带正电小球（可看做质点）.某吋刻将小球释放，小球将会沿管运动.已知磁感应强度大小为&小球的重力可忽略•在小球沿管从N运动到M的过程中，求小球所受各力分别解析对小球做的功.XXXXXXBXXXX图2
