【題目】如圖所示,M1 N1 P1Q1和M2 N2 P2 Q2為在同一水平面內(nèi)足夠長的金屬導(dǎo)軌,處在磁感應(yīng)強度B=2 T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下。導(dǎo)軌的M1N1段與M2 N2段相互平行,間距為2 m; P1Q1段與P2 Q2段平行,間距為1m。兩根質(zhì)量均為m=lkg、電阻均為R=0.5Ω的金屬桿a、b垂直于導(dǎo)軌放置,桿的長度恰好等于導(dǎo)軌間距。一根不可伸長的絕緣輕質(zhì)細線一端系在金屬桿6的中點,另一端繞過輕小定滑輪與質(zhì)量為mc的重物c相連,線的水平部分與P1Q1平行且足夠長,c離地面足夠高。已知兩桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.4,不計導(dǎo)軌電阻及電磁輻射,重力加速度為g=10 m/s2。
(1)若要保持整個系統(tǒng)靜止,重物f的質(zhì)量不能超過多少?
(2)若c的質(zhì)量改為mc=0. 6kg,將c由靜止釋放并開始計時,桿在運動過程中始終保持與軌道垂直且接觸良好,求金屬桿b的最大速度。
(3)在(2)的條件下,已知t=4 s時,金屬桿b已經(jīng)非常接近最大速度,求這4s的過程中a棒上產(chǎn)生的焦耳熱。
【答案】(1);(2)v=0.5m/s(3)Q=1.7J
【解析】試題分析:根據(jù)平衡狀態(tài)求出重物的質(zhì)量最大值,由閉合電路歐姆定律和動量守恒定律、能量守恒定律列方程求解。
(1)b靜止時,a一定也能靜止,
對b、c受力平衡,有:
解得:;
(2)設(shè)b運動的最大速度,回路的電流為I,此時細繩的拉力為
又
聯(lián)立解得:,I=1A
設(shè)a桿此時所受的安培力為
滿足
感應(yīng)電動勢:
解得:;
(3)分別對b和c,由動量定理
又
聯(lián)立解得b的位移為
對a、b和c,能量守恒定律得
解得:
a上產(chǎn)生的焦耳熱為
點晴:對于電磁感應(yīng)問題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,重點是分析安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題,根據(jù)平衡條件列出方程;另一條是能量,分析涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問題,根據(jù)動能定理、功能關(guān)系等列方程求解。
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【題目】氫原子的部分能級如圖所示,大量處于n=2的激發(fā)態(tài)的氫原子從一束單一頻率的光中吸收了能量后,躍遷到某較高的激發(fā)態(tài),再向低能級躍遷時,可以發(fā)出10種不同頻率的光子,則下列說法中正確的有( )
A. 躍遷到的某較高激發(fā)態(tài)為n=10
B. 單一頻率的光子能量可能為10.2eV
C. 在這10種光子中,從n=5躍遷到n=1產(chǎn)生的光子能量最大
D. 在這10種光子中,從n=5躍遷到n=3產(chǎn)生的光子能量大于從n=3躍遷到n=2產(chǎn)生的光子能量
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【題目】一列簡諧橫波沿x軸負方向傳播,如圖 (a)是t=1 s時的波形圖,圖6(b)是波中某振動質(zhì)點位移隨時間變化的振動圖象(兩圖用同一時間起點).則圖(b)可能是圖(a)中哪個質(zhì)點的振動圖象( )
A. x=1 m處的質(zhì)點 B. x=2 m處的質(zhì)點
C. x=3 m處的質(zhì)點 D. x=4處的質(zhì)點
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【題目】如圖所示,光滑的水平面上有P、Q兩個固定擋板,A、B是兩擋板連線的三等分點。A點處有一質(zhì)量為m2的靜止小球,緊貼P擋板的右側(cè)有一質(zhì)量為m1的等大小球以速度vo向右運動并與m2相碰。小球與小球、小球與擋板間的碰撞均為彈性正碰,兩小球均可視為質(zhì)點。已知兩小球之間的第二次碰撞恰好發(fā)生在B點處,且m1<m2,則兩小球的質(zhì)量之比ml:m2可能為
A. 1:2 B. 1:3 C. 1:5 D. 1:7
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【題目】小明通過3D打印制作的儲能飛輪(可視為一定厚度的圓盤)在高速旋轉(zhuǎn)時抖動明顯,他認為是飛輪材料質(zhì)量分布不均勻?qū)е,并且可以通過在適當(dāng)位置磨削掉適當(dāng)質(zhì)量來矯正,為此他設(shè)計了如下實驗:
將帶飛輪的電動機固定在壓力傳感器的水平面板上,壓力傳感器檢測電動機對其表面的壓力;在飛輪外緣側(cè)面涂上一條很細的反光條,飛輪的軸心正下方固定光電傳感器,用來檢測側(cè)面反射回的光強度。給電動機通電后,其旋轉(zhuǎn)方向如圖l中所示,將兩傳感器采集的信號輸入電腦,得到如圖2中的兩條曲線。請回答:(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
(1)電動機的轉(zhuǎn)速為____轉(zhuǎn)/分。
(2)從反光條所在的位置開始測量,逆時針方向經(jīng)過圓心角θ=____的半徑上某處需要磨削。
(3)已知飛輪直徑為120mm,如果在其背面離邊緣l0mm處進行磨削,需要磨掉的質(zhì)量m= ___ _Kg。
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【題目】如圖所示,地球可以看成一個橋面半徑為地球半徑的巨大拱形橋,地面上行駛的汽車中駕駛員的重力G=800N,在汽車不離開地面的前提下,下列分析中正確的是
A. 汽車的速度越大,則駕駛員對座椅的壓力也越大
B. 不論汽車的行駛速度如何,駕駛員對座椅壓力大小都等于800N
C. 不論汽車的行駛速度如何,駕駛員對座椅壓力大小都大于800N
D. 如果某時刻駕駛員感覺自己恰好完全失重,則此時車速約為7.9Km/s
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【題目】氫原子的能級如圖所示,下列說法正確的是( )
A. 用能量為12.11eV的光照射一個基態(tài)氫原子,最多能輻射出2種不同頻率的光子
B. 用能量為12.09eV的光照射一群基態(tài)氫原子,最多能輻射出4種不同頻率的光子
C. 用能量為12.75eV的光照射一個基態(tài)氫原子,最多能輻射出3種不同頻率的光子
D. 用能量為12.75eV的光照射一群基態(tài)氫原子,最多能輻射出5種不同頻率的光子
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【題目】14C是碳元素的一種具有放射性的同位素,衰變方式為β衰變,其半衰期約為5730年。已知一個14C原子核由6個質(zhì)子和8個中子組成。下列說法正確的是
A. 14C衰變后轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>14N
B. 14C衰變過程中發(fā)出的β射線是由核外電子電離產(chǎn)生
C. 14C原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后,其半衰期不會發(fā)生改變
D. 14C樣品經(jīng)歷3個半衰期后,樣品中14C的質(zhì)量只有原來的
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【題目】如圖1所示,用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源,向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值,路端電壓U與電流I均隨之變化。
(1)以U為縱坐標,I為橫坐標,在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖,并說明U-I圖像與兩坐標軸交點的物理意義。
(2)a.請在圖2畫好的U-I關(guān)系圖線上任取一點,畫出帶網(wǎng)格的圖形,以其面積表示此時電源的輸出功率;
b.請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。
(3)請寫出電源電動勢定義式,并結(jié)合能量守恒定律證明:電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。
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