【題目】兩根足夠長的光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在傾角為θ的絕緣斜面上,相距為L,其電阻不計。長度為L、電阻為R的金屬導體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好。整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直于斜面向上。
如圖1所示,若在軌道端點M、P之間接有阻值為R的電阻,則導體棒最終以速度v1沿軌道向下勻速運動;如圖2所示,若在軌道端點M、P之間接有電動勢為E,內阻為R的直流電源,則導體棒ab最終以某一速度沿軌道向上勻速運動。
(1)求圖1導體棒ab最終勻速運動時電流的大小和方向以及導體棒ab兩端的電勢差;
(2)求圖2導體棒ab最終沿軌道向上勻速運動的速度v2;
(3)從微觀角度看,導體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在能量轉化中起著重要作用。我們知道,洛倫茲力對運動電荷不做功。那么,導體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉化過程中起到作用的呢?請以圖1導體棒ab最終勻速運動為例,通過計算分析說明。為了方便,可認為導體棒中的自由電荷為正電荷,如圖3所示。
【答案】(1) ,在導體棒ab內由b流向a, (2) (3)見解析
【解析】(1)圖1中,電路中的電流大小
方向:在導體棒ab內由b流向a
導體棒ab兩端的電勢差
(2)圖1中,導體棒ab受力平衡
圖2中,導體棒ab受力平衡
解得
(3)如圖所示,設自由電荷的電荷量為q,沿導體棒定向移動的速率為。
沿棒方向的洛倫茲力f1=qv1B,做正功
在Δt時間內,
垂直棒方向的洛倫茲力f2=quB,做負功
在Δt時間內,
所以W1=-W2,
即導體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做功為零。
f1做正功,驅動自由電荷定向移動,宏觀上表現(xiàn)為“電動勢”,使電能增加;f2做負功,宏觀上表現(xiàn)為安培力做負功,消耗導體棒的機械能。大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將機械能轉化為等量的電能,在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到“傳遞”能量的作用。
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【題目】某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中,測得圖中彈簧OC的勁度系數為500 N/m。如圖甲所示,用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實驗。在保持彈簧伸長1.00 cm不變的條件下。
(1)若彈簧秤a、b間夾角為90°,彈簧秤a的讀數是______N(圖乙中所示),則彈簧秤b的讀數可能為________N。
(2)若彈簧秤a、b間夾角大于90°,保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變,減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角,則彈簧秤a的讀數________、彈簧秤b的讀數________(填“變大”“變小”或“不變”)。
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【題目】某實驗小組用如圖所示的裝置探究動能定理,并測量當地的重力加速度.將小鋼球從固定軌道傾斜部分某處由靜止釋放,經軌道末端水平飛出,落到鋪著白紙和復寫紙的水平地面上,在白紙上留下點跡.為了使問題簡化,小鋼球在軌道傾斜部分下滑的距離分別為L、2L、3L、4L…,這樣在軌道傾斜部分合外力對小鋼球做的功就可以分別記為W0、2W0、3W0、4W0…
(1)為了探究動能定理,除了測量小鋼球離開軌道后的下落高度h和水平位移s外,還需測量________.
A.L、2L、3L、4L…的具體數值
B.軌道與小鋼球之間的動摩擦因數μ
C.小鋼球的質量m
(2)請用上述必要的物理量寫出探究動能定理的關系式:W=________;
(3)為了減小實驗誤差必須進行多次測量,在L、2L、3L、4L…處的每個釋放點都要讓小鋼球重復釋放多次,在白紙上留下多個點跡.那么,確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點位置的方法是________________________;
(4)該實驗小組利用實驗數據得到了如圖2所示的圖象,則圖象的橫坐標表示________(填“s”或“s2”).若該圖線的斜率為k,則當地的重力加速度g=________(用題中相關的物理量表示).
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【題目】某條直線電場線上有O、A、B、C四個點,相鄰兩點間距離均為d以O點為坐標原點,沿電場強度方向建立x軸,該電場線上各點電場強度E隨x的變化規(guī)律如圖所示。一個帶電量為+q的粒子,從O點由靜止釋放,僅考慮電場力作用。則( )
A. 若O點的電勢為零,則A點的電勢為
B. 粒子A到B做勻速直線運動
C. 粒子運動到B點時動能為
D. 粒子在OA段電勢能變化量大于BC段電勢能變化量
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【題目】如圖所示,MN下方足夠大的空間有一長方體玻璃介質,其折射率n=,玻璃介質在的上邊界MN是屏幕,玻璃中有一個正三棱柱的真空區(qū)域。三棱柱軸線垂直于紙面,圖中豎直截面正三角形的邊長18cm,頂點C很靠近屏幕,距離可忽略。底邊AB與屏幕平行,一束激光在豎直截面內垂直于AB邊射向AC邊的中點O,結果在屏幕MN上出現(xiàn)了兩個光斑。光在真空中的傳播速度c=3×l08 m/s。求:
①該激光在玻璃介質中傳播的速度;
②兩個光斑之間的距離。
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【題目】如圖甲所示,一小物塊從水平轉動的傳送帶的右側滑上傳送帶,固定在傳送帶右端的位移傳感器記錄了小物的位移x隨時間t的變化關系如圖乙所示.已知圖線在前3.0s內為二次函數,在3.0s~4.5s內為一次函數,取向左運動的方向為正方向,傳送帶的速度保持不變,g取10m/s2.下列說法正確的是
A. 傳送帶沿順時針方向轉動
B. 傳送帶沿逆時針方向轉動
C. 傳送帶的速度大小為2m/s
D. 小物塊與傳送帶間的動摩擦因數=0.2
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【題目】如圖所示,粗細均勻的左端封閉,右端開口(開口端足夠長),U形玻璃管,當封閉氣體溫度為t1 = 31℃,大氣壓強為p0 = 76 cmHg時,兩管水銀面相平,這時左管被封閉氣柱長l1 = 8.0 cm,問:
(i)當封閉氣體溫度t2等于多少時,左管氣柱長l2為9.0 cm?
(ii)當溫度達到上問溫度t2時,為使左管氣柱長l3為8.0 cm,則應在右管加多高的水銀柱?
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【題目】(在用鈾235作燃料的核反應堆中,鈾235核吸收一個動能較小的慢中子后,可發(fā)生裂變反應,放出一定的能量和幾個快中子,而快中子不利于鈾235的裂變。為了能使裂變反應繼續(xù)下去,需要將反應中放出的快中子減速。有一種減速的方法是使用石墨(碳12)作減速劑。設中子與碳原子的碰撞是對心彈性碰撞,求:一個動能為1.75Mev的快中子與靜止的碳原子碰撞后動能減為多少?(已知:碳原子的質量為中子質量的12倍)
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【題目】2016年10月17日,“神舟十一號”載人飛船發(fā)射成功,景海鵬、陳冬身穿航天服進入太空。航天服是保障航天員生命活動和工作能力的個人密閉裝備。假如在地面時航天服內氣壓為一個標準大氣壓p0=1.0×105Pa,氣體體積為2L,溫度為30℃,進入太空后,宇航員穿著航天服出艙后,由于外部氣壓低,航天服急劇膨脹,氣體體積變?yōu)?/span>4L,溫度降為20℃,航天服可視為封閉系統(tǒng),內部氣體可視為理想氣體。
(I)求航天員進入太空出艙較長時間后,航天服內的氣體壓強。(結果保留2位有效數字)
(Ⅱ)若在地面上開啟航天服封閉系統(tǒng)向航天服內充氣,使航天服內氣壓達到標準大氣壓的90%,體積變?yōu)?/span>4L,則需補充溫度為30℃、一個標準大氣壓的氣體多少升?
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