【題目】用靜電的方法來(lái)清除空氣中的灰塵,需要首先設(shè)法使空氣中的灰塵帶上一定的電荷,然后利用靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力,使灰塵運(yùn)動(dòng)到指定的區(qū)域進(jìn)行收集。為簡(jiǎn)化計(jì)算,可認(rèn)為每個(gè)灰塵顆粒的質(zhì)量及其所帶電荷量均相同,設(shè)每個(gè)灰塵所帶電荷量為q,其所受空氣阻力與其速度大小成正比,表達(dá)式為F阻=kv(式中k為大于0的已知常量)。由于灰塵顆粒的質(zhì)量較小,為簡(jiǎn)化計(jì)算,灰塵顆粒在空氣中受電場(chǎng)力作用后達(dá)到電場(chǎng)力與空氣阻力相等的過(guò)程所用的時(shí)間及通過(guò)的位移均可忽略不計(jì),同時(shí)也不計(jì)灰塵顆粒之間的作用力及灰塵所受重力的影響。
(1)有一種靜電除塵的設(shè)計(jì)方案是這樣的,需要除塵的空間是一個(gè)高為H的絕緣圓桶形容器的內(nèi)部區(qū)域,將一對(duì)與圓桶半徑相等的圓形薄金屬板平行置于圓桶的上、下兩端,恰好能將圓桶封閉,如圖10甲所示。在圓桶上、下兩金屬板間加上恒定的電壓U(圓桶內(nèi)空間的電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)),便可以在一段時(shí)間內(nèi)將圓桶區(qū)域內(nèi)的帶電灰塵顆粒完全吸附在金屬板上,從而達(dá)到除塵的作用。求灰塵顆粒運(yùn)動(dòng)可達(dá)到的最大速率 __________;
(2)對(duì)于一個(gè)待除塵的半徑為R的絕緣圓桶形容器內(nèi)部區(qū)域,還可以設(shè)計(jì)另一種靜電除塵的方案:沿圓桶的軸線有一根細(xì)直導(dǎo)線作為電極,緊貼圓桶內(nèi)壁加一個(gè)薄金屬桶作為另一電極。在直導(dǎo)線電極外面套有一個(gè)由絕緣材料制成的半徑為R0的圓桶形保護(hù)管,其軸線與直導(dǎo)線重合,如圖10乙所示。若在兩電極間加上恒定的電壓,使得桶壁處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小恰好等于第(1)問(wèn)的方案中圓桶內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,且已知此方案中沿圓桶半徑方向電場(chǎng)強(qiáng)度大小E的分布情況為E∝1/r,式中r為所研究的點(diǎn)與直導(dǎo)線的距離。
①試通過(guò)計(jì)算分析,帶電灰塵顆粒從保護(hù)管外壁運(yùn)動(dòng)到圓桶內(nèi)壁的過(guò)程中,其瞬時(shí)速度大小v隨其與直導(dǎo)線的距離r之間的關(guān)系________;
②對(duì)于直線運(yùn)動(dòng),教科書(shū)中講解了由v - t圖象下的面積求位移的方法。請(qǐng)你借鑒此方法,利用v隨r變化的關(guān)系,畫(huà)出1/v隨r變化的圖象,根據(jù)圖象的面積求出帶電灰塵顆粒從保護(hù)管外壁運(yùn)動(dòng)到圓桶內(nèi)壁的時(shí)間____________。
【答案】
【解析】(1)圓桶形容器內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度 灰塵顆粒所受的電場(chǎng)力大小 ,
電場(chǎng)力跟空氣的阻力相平衡時(shí),灰塵達(dá)到的最大速度,并設(shè)為v1,
則有
解得
(2)①由于灰塵顆粒所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度隨其與直導(dǎo)線距離的增大而減小,且桶壁處的電場(chǎng)強(qiáng)度為第(1)問(wèn)方案中場(chǎng)強(qiáng)的大小E1=U/H,設(shè)在距直導(dǎo)線為r處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E2,
則,解得E2=
故與直導(dǎo)線越近處,電場(chǎng)強(qiáng)度越大。設(shè)灰塵顆粒運(yùn)動(dòng)到與直導(dǎo)線距離為r時(shí)的速度為v,則 kv=qE2
解得
上式表明,灰塵微粒在向圓桶內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,速度是逐漸減小的。
②以r為橫軸,以1/v為縱軸,作出1/v-r的圖象如圖所示。
在r到r+Δr微小距離內(nèi),電場(chǎng)強(qiáng)度可視為相同,其速度v可視為相同,對(duì)應(yīng)于Δr的一段1/v-r的圖線下的面積為,顯然,這個(gè)小矩形的面積等于灰塵微粒通過(guò)Δr的時(shí)間。所以,灰塵微粒從保護(hù)管外壁運(yùn)動(dòng)到圓桶內(nèi)壁所需的總時(shí)間t2等于從R0到R一段1/v-r的圖線下的面積。
所以灰塵顆粒從保護(hù)管外壁運(yùn)動(dòng)到圓桶內(nèi)壁的時(shí)間:
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】物體在水平面上做直線運(yùn)動(dòng),對(duì)物體在某一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的描述,不可能存在的是:
A. 物體的加速度很小,速度卻很大
B. 物體的加速度變大,而速度在減小
C. 物體的加速度很大,而速度變化很慢
D. 物體的速度變大,而位移在減小
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量某小球直徑時(shí),為使測(cè)量爪靠近小球,應(yīng)用手指推動(dòng)部件(如圖中“A”、“B”、“C”),并旋緊緊固螺絲再進(jìn)行讀數(shù).如圖是卡尺的某次測(cè)量其讀數(shù)為______mm.
(2)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,可以探究“加速度與質(zhì)量、受力的關(guān)系” 實(shí)驗(yàn)時(shí),首先調(diào)整墊木的位置,使小車(chē)不掛配重時(shí)能在傾斜長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng),以平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦力。再把細(xì)線系在小車(chē)上,繞過(guò)定滑輪與配重連接。調(diào)節(jié)滑輪的髙度,使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。
某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:①保持小車(chē)質(zhì)量一定,通過(guò)改變配重片數(shù)量來(lái)改變小車(chē)受到的拉力。改變配重片數(shù)量一次,利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條紙帶,重復(fù)實(shí)驗(yàn),得到5條紙帶和5個(gè)相應(yīng)配重的重量。
②題圖是其中一條紙帶的一部分,A、B、C為3個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn),每?jī)蓚(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)實(shí)際打點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出,通過(guò)對(duì)紙帶的測(cè)量,可知AB間的距離為2.30cm,BC間的距離為___cm;已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02s,則小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為_____m/s2.
③分析紙帶,求出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的5個(gè)加速度a。用相應(yīng)配重的重量作為小車(chē)所受的拉力大小F,畫(huà)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度a與小車(chē)所受拉力F之間的a-F圖像,如圖所示;由圖像可知小車(chē)的質(zhì)量約為___kg(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】某同學(xué)在做《共點(diǎn)的兩個(gè)力的合成》實(shí)驗(yàn)時(shí)作出如圖所示的圖,其中A為固定橡皮條的固定點(diǎn),O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),圖中 是F1、F2合力的理論值, 是合力的實(shí)驗(yàn)值,此同學(xué)在探究中應(yīng)用的科學(xué)方法是 (選填:“累積法”、“等效替代法”、“控制變量法”或“演繹法”).
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】電場(chǎng)中的某點(diǎn)放入電荷量為+q的試探電荷時(shí),測(cè)得該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E;若在該點(diǎn)放入電荷量為﹣2q的試探電荷,此時(shí)該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為( )
A.大小為2E,方向和E相反
B.大小為E,方向和E相反
C.大小為2E,方向和E相同
D.大小為E,方向和E相同
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示為一個(gè)做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的軌跡示意圖,已知在B點(diǎn)時(shí)的速度與加速度相互垂直,則下列說(shuō)法中正確的是( )
A. D點(diǎn)的速率比C點(diǎn)的速率小
B. A點(diǎn)的加速度與速度的夾角小于90°
C. A點(diǎn)的加速度比D點(diǎn)的加速度大
D. 從A到D加速度與速度的夾角一直減小
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】下列關(guān)于慣性的說(shuō)法,正確的是
A. 運(yùn)動(dòng)的物體才有慣性
B. 物體只有在不受外力作用時(shí)才具有慣性
C. 物體運(yùn)動(dòng)的越快,慣性越大
D. 慣性大小只取決于物體的質(zhì)量
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】下列說(shuō)法正確的是
A. 質(zhì)點(diǎn)的概念運(yùn)用了理想模型法的思想
B. 直接接觸的物體間才會(huì)產(chǎn)生力的作用
C. 牛頓第一定律可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得出
D. 伽利略認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,理想變壓器原線圈的匝數(shù)n1=1100匝,副線圈的匝數(shù)n2=110匝,R0、R1、R2均為定值電阻,且R0=R1=R2,電流表、電壓表均為理想電表.原線圈接u=220sin(314t)(V)的交流電源.起初開(kāi)關(guān)S處于斷開(kāi)狀態(tài),下列說(shuō)法中正確的是( )
A. 電壓表示數(shù)為22V
B. 當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后,電壓表示數(shù)變小
C. 當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后,電流表示數(shù)變大
D. 當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后,變壓器的輸出功率增大
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