导线中带电粒子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识。
（1）一段通电直导线的横截面积为S，单位体积的带电粒子数为n，到西安中每个带电粒子定向移动的速率为v，粒子的电荷量为q，并认为做定向运动的电荷是正电荷。
a．试推导出电流的微观表达式
；
b．如图所示，电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。
（2）经典物理学认为金属导体总恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下，定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中，不断地与金属离子发生碰撞。碰撞后自由电子定向运动的速度变为零，将能量转移给金属离子，使得金属离子的热运动更加剧烈。自由电子定向运动过程中，频繁地与金属离子碰撞产生了焦耳热。某金属直导线电阻为R，通过的电流为I。请从宏观和微观相联系的角度，推导在时间t内导线中产生的焦耳热为
（需要的物理量可自设）。
2016年2月11日，美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）团队向全世界宣布发现了引力波，这个引力波来自于距离地球13亿光年之外一个双黑洞系统的合并．已知光在真空中传播的速度为c，太阳的质量为M0，万有引力常量为G．
（1）两个黑洞的质量分别为太阳质量的26倍和39倍，合并后为太阳质量的62倍．利用所学知识，求此次合并所释放的能量．
（2）黑洞密度极大，质量极大，半径很小，以最快速度传播的光都不能逃离它的引力，因此我们无法通过光学观测直接确定黑洞的存在．假定黑洞为一个质量分布均匀的球形天体．
a．因为黑洞对其他天体具有强大的引力影响，我们可以通过其他天体的运动来推测黑洞的存在．天文学家观测到，有一质量很小的恒星独自在宇宙中做周期为T，半径为r0的匀速圆周运动．由此推测，圆周轨道的中心可能有个黑洞．利用所学知识求此黑洞的质量M；
b．严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识，但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在．我们知道，在牛顿体系中，当两个质量分别为m1、m2的质点相距为r时也会具有势能，称之为引力势能，其大小为
（规定无穷远处势能为零）．请你利用所学知识，推测质量为M′的黑洞，之所以能够成为“黑”洞，其半径R最大不能超过多少？
有一种质谱仪的工作原理图如图所示．静电分析器是四分之一圆弧的管腔，内有沿圆弧半径方向指向圆心O1的电场，且与圆心O1等距各点的电场强度大小相等．磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器．而后离子由P点射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器．已知加速电场的电压为U，磁分析器中磁场的磁感应强度大小为B．
（1）请判断磁分析器中磁场的方向；
（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；
（3）求磁分析器中Q点与圆心O2的距离d．
如图所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈，边长L1=0．40m、L2=0．25m，其匝数n=100匝，总电阻r=1．0Ω，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和R=3．0Ω的定值电阻相连接．线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度B=1．0T，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动，角速度ω=2．0rad/s．求：
（1）电阻R两端电压的最大值；
（2）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热．
在设计“伏安法测小灯泡的电阻”实验电路时，要思考以下两个问题：
（1）电流表内接还是外接？
如图1所示，某同学采用试接的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与_________（填写“电流表”或“电压表”）的阻值接近，应选择电流表_________（填写“内接”或“外接”）的电路。
（2）如何选择滑动变阻器？
有三种规格的滑动变阻器，它们的最大阻值分别是R1=20Ω，R2=200Ω，R3=1750Ω。将它们分别接入图2所示电路。保持M、N间电压恒定，从左向右移动滑片P，研究小灯泡两端的电压U与滑片的滑动距离L（滑片从左向右滑动的最大距离为L0）的关系，如图中“×”为根据实验数据描出的点，请你结合如图判断该实验中选择哪一种规格的滑动变阻器最合适______，并简要说明理由.
某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'.O为直线AO与aa'的交点.在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针.
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________．
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O'作垂直于bb'的直线NN',连接OO'．测量图1中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n=_________.
(3)该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽．若其他操作正确,则折射率的测量值__________(填“大于”、“小于”或“等于”)准确值.
