【題目】磁流體發(fā)電具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)快捷、環(huán)保且無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等優(yōu)勢(shì)。如圖所示,是正處于研究階段的磁流體發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)易模型圖,其發(fā)電通道是一個(gè)長(zhǎng)方體空腔,長(zhǎng)、高、寬分別為l、a、b,前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體,上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極,這兩個(gè)電極通過(guò)開(kāi)關(guān)與阻值為R的某種金屬直導(dǎo)體MN連成閉合電路,整個(gè)發(fā)電通道處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直紙面向里。高溫等離子體以不變的速率v水平向右噴入發(fā)電通道內(nèi),發(fā)電機(jī)的等效內(nèi)阻為r,忽略等離子體的重力、相互作用力及其他因素。
(1)求該磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)大小E;
(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后,整個(gè)閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生恒定的電流。
a.要使等離子體以不變的速率v通過(guò)發(fā)電通道,必須有推動(dòng)等離子體在發(fā)電通道內(nèi)前進(jìn)的作用力。如果不計(jì)其它損耗,這個(gè)推力的功率PT就應(yīng)該等于該發(fā)電機(jī)的總功率PD,請(qǐng)你證明這個(gè)結(jié)論;
b.若以該金屬直導(dǎo)體MN為研究對(duì)象,由于電場(chǎng)的作用,金屬導(dǎo)體中自由電子定向運(yùn)動(dòng)的速率增加,但運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。設(shè)該金屬導(dǎo)體的橫截面積為s,電阻率為,電子在金屬導(dǎo)體中可認(rèn)為均勻分布,每個(gè)電子的電荷量為e。求金屬導(dǎo)體中每個(gè)電子所受平均阻力的大小f。
【答案】(1)Bav (2)a.略;b.
【解析】
試題分析:(1)當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí),極板間的電壓大小等于電動(dòng)勢(shì)。此時(shí),發(fā)電通道內(nèi)電荷量為q的離子受力平衡。有:
①
可得:②(3分)
(2)a.當(dāng)電鍵閉合,由歐姆定律可得:③
該電流在發(fā)電通道內(nèi)受到的安培力大小為: ④
要使等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng),所需的推力為: ⑤
推力F的功率為: ⑥
聯(lián)立②③④⑤⑥可得:⑦
閉合電路中發(fā)電機(jī)的總功率為: ⑧
聯(lián)立②③⑧可得:⑨
由⑦⑨可得:
可見(jiàn),推力的功率就等于該發(fā)電機(jī)的總功率。
b.方法一:
設(shè)金屬導(dǎo)體R內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的平均速率為v1,單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n, t時(shí)間內(nèi)有N個(gè)電子通過(guò)電阻的橫截面,則:
⑩
t時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面的電荷量為:
電流為:
聯(lián)立②③⑩ 式可得:
設(shè)金屬導(dǎo)體中的總電子數(shù)為N1,長(zhǎng)度為d,由于電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)可視為勻速直線運(yùn)動(dòng),所以電場(chǎng)力的功率(電功率)應(yīng)該等于所有電子克服阻力f做功的功率,即:
由電阻定律得:
聯(lián)立②③ 式可得:
方法二:設(shè)金屬導(dǎo)體的長(zhǎng)度為d,電阻為R,由電阻定律得:
金屬導(dǎo)體兩端的電壓為:
金屬導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng),設(shè)場(chǎng)強(qiáng)大小為E0,則:
電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)勻速直線運(yùn)動(dòng),阻力等于電場(chǎng)力,則:
聯(lián)立②③ 式可得:
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】一列沿x軸傳播的簡(jiǎn)諧橫波,t=0時(shí)刻的波形如圖所示,此時(shí)質(zhì)點(diǎn)P恰在波峰,質(zhì)點(diǎn)Q恰在平衡位置且向上振動(dòng)。再過(guò)0.2 s,質(zhì)點(diǎn)Q第一次到達(dá)波峰,則下列說(shuō)法正確的是________
A.該波沿x軸負(fù)方向傳播
B.1 s末質(zhì)點(diǎn)P的位移為零
C.該波的傳播速度為30 m/s
D.質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng)位移隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 x=0.2sinm
E.0~0.9 s時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)P通過(guò)的路程小于0.9 m
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖,一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外發(fā)出光子,用這些光照射逸出功為2.49eV的金屬鈉.下列說(shuō)法正確的是( )
A. 這群氫原子能發(fā)出3種不同頻率的光,其中從n=3躍遷到n=2所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短
B. 這群氫原子能發(fā)出6種不同頻率的光,其中從n=3躍遷到n=1所發(fā)出的光頻率最小
C. 這群氫原子發(fā)出不同頻率的光,只有一種頻率的光可使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)
D. 金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為9.60eV
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功”的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案:
第一步:把帶有定滑輪的木板(有滑輪的)一端墊起,把質(zhì)量為M的滑塊通過(guò)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與質(zhì)量為m的重錘相連,重錘后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,調(diào)整木板傾角,直到輕推滑塊后,滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng),如圖甲所示.
第二步:保持長(zhǎng)木板的傾角不變,將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處,取下細(xì)繩和重錘,將滑塊與紙帶相連,使紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,然后接通電源,釋放滑塊,使之從靜止開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng),打出紙帶,如圖乙所示.打出的紙帶如圖丙所示.
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為Δt,根據(jù)紙帶求滑塊速度,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊速度vB=________.
(2)已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?/span>g,要測(cè)出某一過(guò)程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過(guò)程滑塊________(寫(xiě)出物理名稱及符號(hào),只寫(xiě)一個(gè)物理量),合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合=________.
(3)算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v,以v2為縱軸、W為橫軸建立坐標(biāo)系,描點(diǎn)作出v2-W圖像,可知該圖像是一條________,根據(jù)圖像還可求得________.
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】處于紙面內(nèi)的一段直導(dǎo)線長(zhǎng)L=1m,通有I=1A的恒定電流,方向如圖所示.將導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,它受到垂直于紙面向外的大小為F=1N的磁場(chǎng)力作用.據(jù)此( )
A. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向
B. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,不能確定它的大小
C. 能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,不能確定它的方向
D. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都不能確定
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】一列向右傳播的簡(jiǎn)諧橫波,當(dāng)波傳到x=2.0m處的P點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),該時(shí)刻波形如圖所示,t=0.9s時(shí),觀察到質(zhì)點(diǎn)P第三次到達(dá)波峰位置,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A. 波速為
B. 經(jīng)1.4s質(zhì)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)的路程為70cm
C. t=1.6s時(shí),x=4.5m處的質(zhì)點(diǎn)Q第三次到達(dá)波谷
D. 與該波發(fā)生干涉的另一列簡(jiǎn)諧橫波的頻率一定為2.5Hz
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少,我國(guó)在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細(xì)胞基因,提高罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年,其衰變方程為Pu→X+He+γ,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
A.X原子核中含有92個(gè)中子。
B.100個(gè)Pu經(jīng)過(guò)24100年后一定還剩余50個(gè)。
C.由于衰變時(shí)釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過(guò)程總質(zhì)量增加。
D.衰變發(fā)出的放射線是波長(zhǎng)很短的光子,具有很強(qiáng)的穿透能力。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖為某電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布,、N、Q是以電場(chǎng)線上一點(diǎn)O為圓心的同一圓周上的三點(diǎn),OQ連結(jié)與直線MN垂直.以下說(shuō)法正確的是( )
A. O點(diǎn)電勢(shì)與Q點(diǎn)電勢(shì)相等
B. 、O間的電勢(shì)差大于O、N間的電勢(shì)差
C. 將一負(fù)電荷由點(diǎn)移到Q點(diǎn),電荷的電勢(shì)能減少
D. 正電荷在Q點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向與OQ垂直且豎直向上
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,傾斜的傳送帶上有一工件始終與傳送帶保持相對(duì)靜止,則( )
A. 當(dāng)傳送帶向上勻速運(yùn)行時(shí),物體克服重力和摩擦力做功
B. 當(dāng)傳送帶向下勻速運(yùn)行時(shí),只有重力對(duì)物體做功
C. 當(dāng)傳送帶向上勻加速運(yùn)行時(shí),摩擦力對(duì)物體做正功
D. 不論傳送帶向什么方向運(yùn)行,摩擦力都做負(fù)功
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