【題目】電容器是一種重要的電學(xué)元件,基本工作方式就是充電和放電。由這種充放電的工作方式延伸出來(lái)的許多電學(xué)現(xiàn)象,使得電容器有著廣泛的應(yīng)用。
如圖1所示,電源與電容器、電阻、開(kāi)關(guān)組成閉合電路。已知電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),電阻阻值為R,平行板電容器電容為C,兩極板間為真空,兩極板間距離為d,不考慮極板邊緣效應(yīng)。
(1)閉合開(kāi)關(guān)S,電源向電容器充電。經(jīng)過(guò)時(shí)間t,電容器基本充滿。
a.求時(shí)間t內(nèi)通過(guò)R的平均電流;
b.請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出充電過(guò)程中電容器的帶電量q隨電容器兩極板電壓u變化的圖像;并求出穩(wěn)定后電容器儲(chǔ)存的能量E0;
(2)穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。將電容器一極板固定,用恒力F將另一極板沿垂直極板方向緩慢拉開(kāi)一段距離x,在移動(dòng)過(guò)程中電容器電量保持不變,力F做功為W;與此同時(shí),電容器儲(chǔ)存的能量增加了ΔE。請(qǐng)推導(dǎo)證明:W = ΔE。要求最后的表達(dá)式用已知量表示。
【答案】(1)a.;b.;(2)見(jiàn)解析
【解析】
試題分析:(1)a.設(shè)充電完畢電容器所帶電量為Q,即時(shí)間t內(nèi)通過(guò)電阻R的電量,此時(shí)電容器兩端電
壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)
根據(jù)電容的定義 (2分)
根據(jù)電流強(qiáng)度的定義 (2分)
解得平均電流 (2分)
b.根據(jù)q = Cu,畫出q-u圖像如圖1所示 (2分)
由圖像可知,圖線與橫軸所圍面積即為電容器儲(chǔ)存的能量,如圖2中斜線部分所示
由圖像求出電容器儲(chǔ)存的電能 (2分)
解得 (2分)
(2)設(shè)兩極板間場(chǎng)強(qiáng)為,兩極板正對(duì)面積為S
根據(jù),,得,可知極板在移動(dòng)過(guò)程中板間場(chǎng)強(qiáng)不變,兩極板間的相互作用力為恒力。兩板間的相互作用可以看作負(fù)極板電荷處于正極板電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中,可知兩板間的相互作用力 。(2分)緩慢移動(dòng)時(shí)有
根據(jù)功的定義有
代入已知量得出 (2分)
電容器增加的能量 (或)
(2分)
代入已知量得出 (2分)
所以/span>
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】醫(yī)用加速器是生物醫(yī)學(xué)上的一種用來(lái)對(duì)腫瘤進(jìn)行放射治療的粒子加速裝置,它通過(guò)產(chǎn)生帶電粒子線,對(duì)病人體內(nèi)的腫瘤進(jìn)行直接照射,從而達(dá)到消除或減小腫瘤的目的。目前國(guó)際上,在放射治療中使用較多的是電子直線加速器。假設(shè)從粒子源發(fā)射的電子,經(jīng)一直線加速器加速,形成細(xì)柱形電子流,電子在加速器中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線。要使電子獲得能量,就必須有加速電場(chǎng)。一般是選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的漂移管,使電子在兩筒之間被加速,直至具有很高的能量。假定加速器的漂移管由N個(gè)長(zhǎng)度逐個(gè)增長(zhǎng)金屬圓筒組成(整個(gè)裝置處于真空中,圖中只畫出了6個(gè)圓筒,作為示意),如圖所示,它們沿軸線排列成一串,各個(gè)圓筒相間地連接到頻率為f的正弦交流電源的兩端。圓筒的兩底面中心開(kāi)有小孔,電子沿軸線射入圓筒。設(shè)金屬圓筒內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng),且每個(gè)圓筒間的縫隙寬度很小,電子穿過(guò)縫隙的時(shí)間可忽略不計(jì)。為達(dá)到最佳加速效果,需要調(diào)節(jié)至電子穿過(guò)每個(gè)圓筒的時(shí)間恰為交流電的半個(gè)周期,電子每次通過(guò)圓筒間縫隙時(shí),都恰為交流電壓的峰值。已知一個(gè)電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e。若電子剛進(jìn)入第1個(gè)圓筒左端的速度大小為v0,電子通過(guò)直線加速器第N個(gè)圓筒后的速度大小為v。求:
(1)第1個(gè)圓筒的長(zhǎng)度L1;
(2)從電子進(jìn)入第1個(gè)圓筒開(kāi)始到電子由第N個(gè)圓筒出來(lái)的總時(shí)間t;
(3)加速器所接正弦交流電壓的最大值Um。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè),人們?cè)谟钪嬷幸呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了“雙星系統(tǒng)”.“雙星系統(tǒng)”由相距較近的恒星組成,每個(gè)恒星的半徑遠(yuǎn)小于兩個(gè)恒星之間的距離,而且雙星系統(tǒng)一般遠(yuǎn)離其他天體,它們?cè)谙嗷ラg的萬(wàn)有引力作用下,繞某一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示為某一雙星系統(tǒng),A星球的質(zhì)量為m1,B星球的質(zhì)量為m2,它們中心之間的距離為L,引力常量為G,則下列說(shuō)法正確的是( )
A. A星球的軌道半徑為
B. B星球的軌道半徑為
C. 雙星運(yùn)行的周期為
D. 若近似認(rèn)為B星球繞A星球中心做圓周運(yùn)動(dòng),則B星球的運(yùn)行周期為
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】一定質(zhì)量的某種理想氣體,保持體積不變時(shí),分子的密集程度怎么變化?在這種情況下,氣體的溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大從而氣體的壓強(qiáng)就怎么變化?
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】對(duì)于體積變化導(dǎo)致壓強(qiáng)變化現(xiàn)象,從分子動(dòng)理論的角度分析可得,當(dāng)一定量氣體的體積減小時(shí),
(1)單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積的次數(shù)怎么變化?
(2)從而導(dǎo)致單位面積上受到的壓力怎么變化?
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】近年來(lái),智能 手機(jī)的普及使“低頭族”應(yīng)運(yùn)而生。近日研究發(fā)現(xiàn),玩手機(jī)時(shí),就有可能讓頸椎承受多達(dá)60磅(約270N)的重量。不當(dāng)?shù)淖藙?shì)與一系列 健康問(wèn)題存在關(guān)聯(lián),如背痛、體重增加、胃痛、偏頭痛和呼吸道疾病等,當(dāng)人體直立時(shí),頸椎所承受的壓力等于頭部的重量;但當(dāng)?shù)皖^時(shí),頸椎受到的壓力會(huì)隨之變化,F(xiàn)將人低頭時(shí) 頭頸部簡(jiǎn)化為如圖所示的模型;重心在頭部的P點(diǎn),頸椎OP(輕桿)可繞O轉(zhuǎn)動(dòng),人的頭部在頸椎的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下處于靜止.假設(shè)低頭時(shí)頸椎與豎直方向的夾角為45°, PQ與豎直方向的夾角為75°,此時(shí),頸椎受到的壓力約為直立時(shí)頸椎受到壓力的( )
A. 4.2倍 B. 3.3倍 C. 1.7倍 D. 1.4倍
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,質(zhì)量為m、頂角為α的直角劈和質(zhì)量為M的正方體放在兩豎直墻和一水平面間,處于靜止?fàn)顟B(tài).若不計(jì)一切摩擦,則()
A. 水平面對(duì)正方體的彈力大小為(M+m)g
B. 墻面對(duì)正方體的彈力大小為mg/tan α
C. 正方體對(duì)直角劈的彈力大小為mgcos α
D. 直角劈對(duì)墻面的彈力大小為mgsin α
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】將面積為0.50m2的線圈放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為2.0×10﹣3T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直,則穿過(guò)線圈的磁通量是( )
A.1.0×10﹣3Wb
B.0.50×10﹣3Wb
C.0.25×10﹣3Wb
D.0
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