【題目】電容器作為儲(chǔ)能器件,在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。實(shí)際中的電容器在外形結(jié)構(gòu)上有多種不同的形式,但均可以用電容描述它的特性。
(1)在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)就組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器,叫做平行板電容器。圖1為一平行板電容器的充電電路,在充電過程中兩極板間電勢(shì)差u隨電荷量q的變化圖像如圖2所示。類比直線運(yùn)動(dòng)中由v—t圖像求位移的方法,在圖中畫網(wǎng)格線表示當(dāng)電荷量由Q1增加到Q2的過程中電容器增加的電勢(shì)能;
(2)同平行板電容器一樣,一個(gè)金屬球和一個(gè)與它同心的金屬球殼也可以組成一個(gè)電容器,叫做球形電容器。如圖3所示,兩極間為真空的球形電容器,其內(nèi)球半徑為R1,外球內(nèi)半徑為R2,電容為,其中k為靜電力常量。請(qǐng)結(jié)合(1)中的方法推導(dǎo)該球形電容器充電后電荷量達(dá)到Q時(shí)所具有的電勢(shì)能Ep的表達(dá)式;
(3)孤立導(dǎo)體也能儲(chǔ)存電荷,也具有電容:
a.將孤立導(dǎo)體球看作另一極在無窮遠(yuǎn)的球形電容器,根據(jù)球形電容器電容的表達(dá)式推導(dǎo)半徑為R的孤立導(dǎo)體球的電容的表達(dá)式;
b.將帶電金屬小球用導(dǎo)線與大地相連,我們就會(huì)認(rèn)為小球的電荷量減小為0。請(qǐng)結(jié)合題目信息及所學(xué)知識(shí)解釋這一現(xiàn)象。
【答案】(1)見解析;(2);(3)a.,b.見解析
【解析】
(1)如圖所示
(2)由電容的定義式可知球形電容器充電過程中兩極板間電勢(shì)差u隨電荷量q的變化圖像如下圖所示,圖中三角形面積表示電荷量達(dá)到Q時(shí)電容器所具有的電勢(shì)能Ep的大小,由圖可得
根據(jù)
可得
將球形電容器電容的表達(dá)式代入可得
(3)a. 將孤立導(dǎo)體球看作另一極在無窮遠(yuǎn)的球形電容器,即,代入球形電容器電容的表達(dá)式
可得
b. 根據(jù)a中推得的孤立導(dǎo)體球的電容表達(dá)式
可知,球體的半徑越大,其電容越大。由于金屬小球的半徑遠(yuǎn)小于地球半徑,所以地球的電容遠(yuǎn)大于小球的電容。二者用導(dǎo)線連接,電勢(shì)相同,根據(jù)
Q=CU
可知,地球的帶電量遠(yuǎn)大于小球的帶電量,電荷總量保持不變,所以可以認(rèn)為小球的電荷量減小為0。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,在傾角為30°的斜面上固定一電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌,其間距為L,下端接有阻值為R的電阻,導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與斜面垂直(圖中未畫出)。質(zhì)量為、長(zhǎng)度為L,阻值大小也為R的金屬棒與固定在斜面上方的勁度系數(shù)為的絕緣彈簧相接,彈簧處于原長(zhǎng)并被鎖定,現(xiàn)解除鎖定的同時(shí)使金屬棒獲得沿斜面向下的速度,從開始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)的過程中金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,彈簧始終在彈性限度內(nèi),重力加速度為,在上述過程中( )
A.開始運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬棒兩端的電壓為
B.通過電阻R的最大電流一定是
C.通過電阻R的總電荷量為
D.回路產(chǎn)生的總熱量等于
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【題目】如圖所示,甲、乙兩人各站在靜止小車的左右兩端,車與地面之間無摩擦,當(dāng)她倆同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)現(xiàn)小車向右運(yùn)動(dòng)。下列說法不正確的是( 。
A.乙的動(dòng)量必定大于甲的動(dòng)量
B.乙對(duì)小車的沖量必定小于甲對(duì)小車的沖量
C.甲、乙和車組成系統(tǒng)動(dòng)量守恒
D.甲、乙動(dòng)量總和必定不為零
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【題目】如圖所示,電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的震動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器,a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若聲源S做簡(jiǎn)諧振動(dòng),則( )
A. a振動(dòng)過程中,a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變
B. a振動(dòng)過程中,a、b板所帶電量不變
C. a振動(dòng)過程中,電容器的電容不變
D. a向右的位移最大時(shí),a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,在做“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶,并在其上取了A、B、C、D、E、F六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)(每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出).打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接的是50 Hz的低壓交流電源,他將一把毫米刻度尺放在紙帶上,其零刻度線和計(jì)數(shù)點(diǎn)A對(duì)齊.
(1)按照有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則讀出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)AB、BC、CD、DE、EF間的距離x1、x2、x3、x4、x5,它們依次為________cm、________cm、________cm、________cm、________cm.
(2)由以上數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打B、C、D、E各點(diǎn)時(shí),物體的瞬時(shí)速度vB、vC、vD、vE依次是________m/s、________m/s、________m/s、________m/s.
(3)根據(jù)(2)中得到的數(shù)據(jù),試在如圖所給的坐標(biāo)系中,作出v-t圖象,根據(jù)圖象求小車的加速度a.
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【題目】如圖,間距為L、傾角為θ的兩足夠長(zhǎng)平行光滑導(dǎo)軌固定,導(dǎo)軌上端接有阻值為R的電阻,下端通過開關(guān)S與單匝金屬線圈相連,線圈內(nèi)存在垂直于線圈平面向下且均勻增加的磁場(chǎng)。導(dǎo)軌所在區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出),靠在插銷處垂直于導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好的金屬棒ab,質(zhì)量為m、電阻也為R,閉合S后,撤去插銷,ab仍靜止。線圈、導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻不計(jì),重力加速度大小為g,下列判定正確的是( )
A.B的方向垂直于導(dǎo)軌平面向下
B.線圈內(nèi)磁通量的變化率為
C.斷開S后,ab的最大速度為
D.斷開S后,電阻R的最大熱功率為
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【題目】2019年國產(chǎn)大型水陸兩棲飛機(jī)AG600將投產(chǎn)4架試飛機(jī),該飛機(jī)20秒內(nèi)可一次汲水12噸,水面起降抗浪高度達(dá)到2米。在這則新聞中涉及了時(shí)間、質(zhì)量和長(zhǎng)度及其單位,在國際單位制中,下列說法中正確的是( 。
A.在國際單位制中,力的單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的
B.力學(xué)的三個(gè)基本單位是N、m、s
C.秒是國際單位制中力學(xué)三個(gè)基本物理量之一
D.kg、m/s、N是國際單位的導(dǎo)出單位
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】下面三個(gè)圖為探究平行板電容器電容大小決定因素的實(shí)驗(yàn),請(qǐng)將正確結(jié)論填在橫線上.給電容器充電后與電源斷開,即保持電量Q不變,那么
A.若保持板間距離d不變,正對(duì)面積S變小,兩板電勢(shì)差U________,電容C________.
B.若保持S不變,d變大,兩板電勢(shì)差U________,電容C________.
C.若保持S和d都不變,插入介質(zhì)板后,兩板電勢(shì)差U________,電容C________.
(填“變小”、“變大”或“不變”)
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【題目】(1)在做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí),讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng),通過描點(diǎn)法畫小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡,下面列出了一些操作要求.將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)前面的字母填在橫線上:________
A.通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平
B.每次釋放小球的位置必須不同
C.每次必須由靜止釋放小球
D.用鉛筆記錄小球位置時(shí),每次必須嚴(yán)格地等距離下降
E.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相接觸
F.將球的位置記錄在紙上后,取下紙,用直尺將點(diǎn)連成折線
(2)某同學(xué)在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了如圖所示物體的運(yùn)動(dòng)軌跡,A、B、C三點(diǎn)的位置在運(yùn)動(dòng)軌跡上已標(biāo)出,則:
①小球平拋的初速度v0=________m/s;vB=________m/s(g取10m/s2);
②小球開始做平拋運(yùn)動(dòng)的位置坐標(biāo)x=________cm,y=________cm。
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