【題目】(20分)
發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)具有裝置上的類似性,源于它們機(jī)理上的類似性。直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以簡化為如圖1、圖2所示的情景。
在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi),相距為L,電阻不計(jì)。電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好,以速度v(v平行于MN)向右做勻速運(yùn)動(dòng)。
圖1軌道端點(diǎn)MP間接有阻值為r的電阻,導(dǎo)體棒ab受到水平向右的外力作用。圖2軌道端點(diǎn)MP間接有直流電源,導(dǎo)體棒ab通過滑輪勻速提升重物,電路中的電流為I。
(1)求在Δt時(shí)間內(nèi),圖1“發(fā)電機(jī)”產(chǎn)生的電能和圖2“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能。
(2)從微觀角度看,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在上述能量轉(zhuǎn)化中起著重要作用。為了方便,可認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷。
a.請?jiān)趫D3(圖1的導(dǎo)體棒ab)、圖4(圖2的導(dǎo)體棒ab)中,分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖。
b.我們知道,洛倫茲力對運(yùn)動(dòng)電荷不做功。那么,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉(zhuǎn)化過程中起到作用的呢?請以圖2“電動(dòng)機(jī)”為例,通過計(jì)算分析說明。
【答案】⑴E1=,E2=ILBvΔt;⑵a.;b.略,見解析。
【解析】⑴圖1中由于導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)切割磁感線,回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流I1=
由于電流做功,導(dǎo)體棒與電阻發(fā)熱產(chǎn)生焦耳熱,由焦耳定律、閉合電路歐姆定律和能量守恒定律可知,圖1“發(fā)電機(jī)”產(chǎn)生的電能為:E1=
在圖2中,對重物和導(dǎo)體棒分別應(yīng)用平衡條件有:T=mg,T=ILB
提升重物做功為:W=mgvΔt
根據(jù)功能關(guān)系可知,圖2“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能為:E2=W
解得:E2=ILBvΔt
⑵a.根據(jù)右手定則可知,圖1中電流方向?yàn)閎→a
根據(jù)左手定則可以判斷出圖1棒中自由電荷所受洛倫茲力f洛方向水平向左
由圖2電路結(jié)構(gòu)可知,棒中電流方向?yàn)閍→b,導(dǎo)體棒中自由電荷為自由電子,因此沿棒移動(dòng)速率v1的方向?yàn)閎→a,同時(shí)由于棒水平向右勻速運(yùn)動(dòng)速率為v,其合速度v合方向應(yīng)水平向右偏向棒a端
根據(jù)左手定則可以判斷圖2棒中自由電荷所受洛倫茲力f洛′方向水平向右偏向棒b端,與v合垂直
兩情況下棒中自由電荷所受洛倫茲力的示意圖如下圖所示
b.設(shè)自由電荷量為q沿導(dǎo)體棒定向移動(dòng)的速率為u。
如上右圖所示,沿棒方向的洛倫茲力,做負(fù)功
垂直棒方向的洛倫茲力,做正功
所示,即導(dǎo)體棒中一個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力做功為零。
做負(fù)功,阻礙自由電荷的定向移動(dòng),宏觀上表現(xiàn)為“反電動(dòng)勢”,消耗電源的電能;做正功,宏觀上表現(xiàn)為安培力做正功,使機(jī)械能增加。大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將電能轉(zhuǎn)化為等量的機(jī)械能,在此過程中洛倫茲力通過兩個(gè)分力做功起到“傳遞能量的作用。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時(shí)刻的波形如圖所示,兩質(zhì)點(diǎn)M、N的橫坐標(biāo)分別為x1=1.5m和x2=2.5m,t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸的負(fù)方向。若從t=0時(shí)刻開始,經(jīng)0.25 s質(zhì)點(diǎn)N第一次到達(dá)平衡位置,則______
A.該列波沿x軸負(fù)方向傳播
B.該列波的周期為1s
C.該列波的波速為2 m/s
D.1 s末,質(zhì)點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)方向沿y軸的負(fù)方向
E.0~l s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)N的路程等于8cm
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【題目】一定質(zhì)量的氣體,在等溫變化過程中,下列物理量發(fā)生變化的是( )
A. 分子總數(shù)
B. 單位體積內(nèi)的分子數(shù)
C. 氣體的壓強(qiáng)
D. 分子的平均速率
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【題目】如圖甲所示,ABC為水平軌道,與固定在豎直平面內(nèi)的半圓形光滑軌道CD平滑連接,CD為豎直直徑,軌道半徑為R=0.2m。有一輕彈簧,左端固定在A點(diǎn),彈簧處于自然狀態(tài)時(shí)其右端恰好位于B點(diǎn), B點(diǎn)左側(cè)軌道AB光滑,右側(cè)軌道BC動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,BC長為L=1.0m;用質(zhì)量為m=0.2kg的小物塊緩慢壓縮彈簧(不拴接),使彈簧儲(chǔ)存一定彈性勢能EP后釋放,物塊經(jīng)過B點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)從C點(diǎn)進(jìn)入圓軌道,并通過D點(diǎn);用力傳感器測出小物塊經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)對軌道壓力F;改變彈簧壓縮量,探究軌道D點(diǎn)受到壓力F與彈簧彈性勢能EP的關(guān)系。彈簧形變都在彈性限度之內(nèi),重力加速度g取10m/s2,求:
(1)小物塊釋放后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),此過程小物塊克服摩擦力做功;
(2)壓力F隨彈簧的彈性勢能EP變化的函數(shù)表達(dá)式;
(3)在圖乙中畫出F隨彈性勢能EP變化的圖線.
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【題目】在下列比賽項(xiàng)目中,運(yùn)動(dòng)員可以視為質(zhì)點(diǎn)的是( )
A. 花樣游泳
B. 馬拉松比賽
C. 藝術(shù)體操
D. 蹦床
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【題目】關(guān)于超重和失重,下列說法中正確的是( )
A. 超重就是物體受的重力增加了
B. 失重就是物體受的重力減少了
C. 完全失重就是物體一點(diǎn)重力都不受了
D. 不論超重或失重甚至完全失重,物體所受重力是不變的
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【題目】如圖所示,電阻為R的金屬棒從圖示位置ab分別以v1、v2的速度沿光滑導(dǎo)軌(電阻不計(jì))勻速滑到a’b’位置,若v1︰v2=1︰2,則在這兩次過程中( )
A. 回路電流I1︰I2=1︰2
B. 產(chǎn)生的熱量Q1︰Q2=1︰2
C. 通過任一截面的電量q1︰q2=1︰2
D. 外力的功率P1︰P2=1︰2
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【題目】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種測定風(fēng)力的裝置,其原理如圖所示,迎風(fēng)板與一輕質(zhì)彈簧的一端N相接,穿在光滑的金屬桿上.彈簧是絕緣材料制成的,其勁度系數(shù)k=1 300 N/m,自然長度L0=0.5 m,均勻金屬桿用電阻率較大的合金制成,迎風(fēng)板面積S=0.5 m2,工作時(shí)總是正對著風(fēng)吹來的方向,電路中左端導(dǎo)線與金屬桿M端相連,右端導(dǎo)線接在N點(diǎn)并可隨迎風(fēng)板在金屬桿上滑動(dòng),且與金屬桿接觸良好.限流電阻的阻值R=1 Ω,電源的電動(dòng)勢E=12 V,內(nèi)阻r=0.5 Ω.合上開關(guān),沒有風(fēng)吹時(shí),彈簧處于原長,電壓表的示數(shù)U1=3.0 V;如果某時(shí)刻由于風(fēng)吹使迎風(fēng)板向左壓縮彈簧,電壓表的示數(shù)為U2=2.0 V,求:
(1)金屬桿單位長度的電阻;
(2)此時(shí)作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力.
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【題目】關(guān)于電磁波和現(xiàn)代通信,下列敘述不正確的是( )
A. 衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行通信
B. 光纖通信具有傳輸信息量大、抗干擾能力強(qiáng)及光能損耗小等優(yōu)點(diǎn)
C. 電磁波可以在真空中傳播
D. 電磁波的頻率越高,在真空中傳播的速度越大
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