超導(dǎo)現(xiàn)象是20世紀(jì)人類重大發(fā)現(xiàn)之一,日前我國已研制出世界傳輸電流最大的高溫超導(dǎo)電纜并成功示范運(yùn)行。
(1)超導(dǎo)體在溫度特別低時(shí)電阻可以降到幾乎為零,這種性質(zhì)可以通過實(shí)驗(yàn)研究。將一個(gè)閉合超導(dǎo)金屬圈環(huán)水平放置在勻強(qiáng)磁場中,磁感線垂直于圈環(huán)平面向上,逐漸降低溫度使環(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,若此后環(huán)中的電流不隨時(shí)間變化。則表明其電阻為零。請指出自上往下看環(huán)中電流方向,并說明理由。
(2)為探究該圓環(huán)在超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限ρ,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(shí)間t未檢測出電流變化。實(shí)際上儀器只能檢測出大于ΔI的電流變化,其中ΔI<<I,當(dāng)電流的變化小于ΔI時(shí),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)中定向移動(dòng)電子的平均速率為v,電子質(zhì)量為m、電荷量為e。試用上述給出的各物理量,推導(dǎo)出ρ的表達(dá)式。
(3)若仍使用上述測量儀器,實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間依舊為t。為使實(shí)驗(yàn)獲得的該圓環(huán)在超導(dǎo)狀態(tài)的電阻率上限ρ的準(zhǔn)確程度更高,請?zhí)岢瞿愕慕ㄗh,并簡要說明實(shí)現(xiàn)方法。
【考點(diǎn)】電阻定律的內(nèi)容及表達(dá)式;半導(dǎo)體與超導(dǎo)現(xiàn)象.
【答案】(1)自上往下看環(huán)中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,理由如上;
(2)ρ的表達(dá)式為;
(3)為了使實(shí)驗(yàn)獲得ρ的準(zhǔn)確程度更高,可以適當(dāng)增加超導(dǎo)電流,可利用強(qiáng)磁場并快速撤離磁場,增大穿過該環(huán)的磁通量的變化率來實(shí)現(xiàn)增加超導(dǎo)電流。
(2)ρ的表達(dá)式為
mv
SΔI
et
I
2
(3)為了使實(shí)驗(yàn)獲得ρ的準(zhǔn)確程度更高,可以適當(dāng)增加超導(dǎo)電流,可利用強(qiáng)磁場并快速撤離磁場,增大穿過該環(huán)的磁通量的變化率來實(shí)現(xiàn)增加超導(dǎo)電流。
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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