【題目】如圖所示為一交流發(fā)電機的原理示意圖,裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似為勻強磁場,發(fā)電機的矩形線圈abcd在磁場中,圖中abcd分別為矩形線圈的四個頂點,其中的c點被磁鐵遮擋而未畫出。線圈可繞過bc邊和ad邊中點且垂直于磁場方向的水平軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。為了便于觀察,圖中發(fā)電機的線圈只畫出了其中的1匝,用以說明線圈兩端的連接情況。線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上,cd邊連在金屬滑環(huán)L上;用導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動過程中可以通過滑環(huán)和電刷保持其兩端與外電路的定值電阻R連接。已知矩形線圈ab邊和cd邊的長度L1=50cm,bc邊和ad邊的長度L2=20cm,匝數(shù)n=100匝,線圈的總電阻r=5.0Ω,線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=282rad/s,外電路的定值電阻R=45Ω,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.05T。電流表和電壓表均為理想電表,滑環(huán)與電刷之間的摩擦及空氣阻力均可忽略不計,計算中取π=3.14,=1.41。
(1)求電阻R兩端電壓的最大值Um;
(2)求電壓表的示數(shù)U;
(3)線圈轉(zhuǎn)動1圈的過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(4)線圈轉(zhuǎn)動1圈的過程中線圈上所產(chǎn)生的焦耳熱Qr(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(5)討論(3)、(4)中的結(jié)果與維持該線圈勻速轉(zhuǎn)動1圈,外力所做的功W的關(guān)系(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(6)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,寫出線圈內(nèi)的電流隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式;
(7)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,寫出ab邊所受安培力大小隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式;
(8)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,求線圈運動的1/4周期內(nèi),電流的平均值I平(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);
(9)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,求線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中通過線圈導線某截面的電荷量q(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。
【答案】(1)(2)(3)(4)(5)外力所做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(6)(7)(8)(9)
【解析】
(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當線框轉(zhuǎn)動到圖示位置時,線框的線速度與磁感線垂直,切割速度最大,此時對應(yīng)電動勢的最大值
所以
(2)
(3)由歐姆定律可知
所以
(4)線圈轉(zhuǎn)動1圈的過程中線圈上所產(chǎn)生的焦耳熱Qr
(5)
即。即外力所做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
(6)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,電動勢的瞬時值為
所以
(7)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,ab邊所受安培力大小隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式
(8)
所以
(9)線圈轉(zhuǎn)過90°所需時間為1/4周期,所以
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【題目】如圖所示的坐標系中,x軸上固定一個點電荷Q,y軸上固定一根光滑絕緣細桿(細桿的下端剛好在坐標原點O處).將一個套在桿上重力不計的帶電圓環(huán)(視為質(zhì)點)從桿上P處由靜止釋放,圓環(huán)從O處離開細桿后恰好繞點電荷Q做圓周運動.下列說法正確的是
A.圓環(huán)沿細桿從P運動到O的過程中,加速度一直增大
B.圓環(huán)沿細桿從P運動到O的過程中,速度先增大后減小
C.增大圓環(huán)所帶的電荷量,其他條件不變,圓環(huán)離開細桿后仍然能繞點電荷做圓周運動
D.將圓環(huán)從桿上P的上方由靜止釋放,其他條件不變,圓環(huán)離開細桿后仍然能繞點電荷做圓周運動
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【題目】壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小,某同學利用壓敏電阻的這種特性設(shè)計了一個探究電梯運動情況的裝置,該裝置的示意圖如圖所示,將壓敏電阻平放在電梯內(nèi),其受壓面向上,在受力面上放一物體m,電梯靜止時電流表示數(shù)為,當電梯做四種不同的運動時,電流表示數(shù)分別如圖(a)、(b)、(c)、(d)所示,下列判斷中正確的是
A.圖(a)表示電梯可能在做勻速運動
B.圖(b)表示電梯可能向上做勻加速運動
C.圖(c)表示電梯可能向上做勻加速運動
D.圖(d)表示電梯可能向下做變減速運動
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【題目】用圖所示的電路來測定未知電阻的阻值.圖中電源電動勢未知,電源內(nèi)阻不計,電流表內(nèi)阻也可忽略不計,R為電阻箱.
(1)若要測得的值,R至少需要取________個不同的數(shù)值.
(2)若電流表每個分度表示的電流值未知,但指針偏轉(zhuǎn)的角度與通過的電流成正比,則在用此電路測量時,R至少需要取________個不同的數(shù)值.
(3)若電源內(nèi)阻不可忽略,能否用此電路測量?________.
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【題目】如圖所示,長為l的絕緣輕細線一端固定在O點,另一端系一質(zhì)量為m、帶電荷+q的小球,小球靜止時處于O點正下方的O′點。現(xiàn)將此裝置放在水平向右的勻強電場中,小球靜止在A點時細線與豎直方向成θ角。已知電場的范圍足夠大,空氣阻力可忽略不計,重力加速度為g。
(1)求該勻強電場的電場強度大;
(2)若在A點施加一個拉力,將小球從A點沿圓弧緩慢拉回到O′點,則所施拉力至少要做多少功;
(3)若將小球從O′點由靜止釋放,求在其運動到最高點的過程中,電場力所做的功W。
(4)若將小球從O′點由靜止釋放,求其運動到A點時的速度;
(5)若將小球從O′點由靜止釋放,求小球運動到A點時所受細線對它的拉力大小T;
(6)若將帶電小球從O′點由靜止釋放,其運動到A點時細線斷開,求細線斷開后小球運動的加速度;
(7)若將帶電小球從O′點由靜止釋放,其運動到A點時細線斷開,求小球此后運動到最高點時的速度大小;
(8)若小球在A點附近小角度(小于5°)往復運動,求它從A點出發(fā)后到第二次再通過A點的過程中所經(jīng)歷的時間。
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【題目】如圖所示為一種質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理圖,它是一種分離和檢測不同同位素的重要工具。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同核素互稱為同位素。讓離子源發(fā)出的不同帶電粒子,經(jīng)一對相距為d、兩極板間電壓為U的平行正對金屬板所形成的加速電場加速后,從緊靠金屬板的平板S上的狹縫P沿垂直平板S射入以平板S為邊界的有界勻強磁場中,并在磁場中偏轉(zhuǎn)后打在記錄它的照相底片上,底片厚度可忽略不計,且與平板S重合。磁場的磁感應(yīng)強度為B、方向與速度方向垂直。
根據(jù)粒子打在底片上的位置,便可以對它的比荷(電荷量與質(zhì)量之比)的情況進行分析。在下面的討論中,帶電粒子進入加速電場的初速度、粒子所受的重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計。
(1)若某帶電粒子打在照片底片上的A點,測得A與P之間的距離為x,求該粒子的比荷q/m;
(2)若有兩種質(zhì)量不同的正一價離子,它們的質(zhì)量分別為m1和m2,它們經(jīng)加速電場和勻強磁場后,分別打在照相底片上的A1和A2兩點。已知電子的電荷量為e,求A1、A2間的距離△x。
(3)若有兩種質(zhì)量不同的正一價離子,質(zhì)量分別為m1和m2,它們經(jīng)加速電場和勻強磁場后,分別打在照相底片上的A1和A2兩點,測得P到A2的距離與A1到A2的距離相等,求這兩種離子的質(zhì)量之比m1/m2;
(4)若用這個質(zhì)譜儀分別觀測氫的兩種同位素離子(1H和2H),它們分別打在照相底片上相距為d1的兩點;若用這個質(zhì)譜儀分別觀測碳的兩種同位素離子(12C和14C),它們分別打在照相底片上相距為d2的兩點。請通過計算說明,d1與d2的大小關(guān)系;
(5)若用這個質(zhì)譜儀分別觀測氫的兩種同位素離子,它們分別打在照相底片上相距為d的兩點。為了便于觀測,希望d的數(shù)值大一些為宜,試分析說明為使d增大一些可采取哪些措施;
(6)若氫的兩種同位素離子的電荷量均為e,質(zhì)量分別為m1和m2,且已知m1>m2,它們同時進入加速電場。試分析說明這兩種粒子哪一種先到達照相底片,并求出它們到達照相底片上的時間差Δt。
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【題目】核能是一種高效的能源。
(1)在核電站中,為了防止放射性物質(zhì)泄漏,核反應(yīng)堆有三道防護屏障:燃料包殼,壓力殼和安全殼(如圖甲)。結(jié)合圖乙可知,安全殼應(yīng)當選用的材料是_____________(選填“鋁”、“鉛”或“混凝土”)
(2)圖丙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射情況的胸章,通過照相底片被射線感光的區(qū)域,可以判斷工作人員受到何種輻射。當胸章上1mm鋁片和3mm鋁片下的照相底片被感光,而鉛片下的照相底片未被感光時,分析工作人員受到了_________(選填""、""或“”)射線的輻射;當所有照相底片被感光時,工作人員受到了_____________(選填""、""或“”)射線的輻射。
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【題目】測量干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路如圖(a)所示,已知干電池允許的最大供電電流為0.5A.
(1)現(xiàn)有三種滑動變阻器,(A)1000Ω 0.1A;(B)20Ω 1.0A;(C)10Ω 2.0A,實驗時應(yīng)選用________.
(2)閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)端.
(3)為了防止損壞電流傳感器,實驗中滑動變阻器的滑片P不允許置于________(選填“a”或“b”)端.
(4)根據(jù)實驗得出的圖線如圖(b)所示,求得干電池的電動勢和內(nèi)電阻分別為________V;________Ω.
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【題目】如圖為被稱為“天津之眼”的摩天輪,創(chuàng)新性地跨河修建坐落于橋上,兼具了觀光和交通兩種功能,而成為地標建筑。假設(shè)乘客隨座艙在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動時只跟總處于水平方向的座椅接觸。下列說法正確的是
A.在摩天輪轉(zhuǎn)動一周的過程中,乘客所受到的合力做功為零
B.在摩天輪轉(zhuǎn)動的過程中,乘客機械能始終保持不變
C.在摩天輪轉(zhuǎn)動的過程中,座椅對乘客的摩擦力功率始終是零
D.座倉通過最低點時,乘客處于失重狀態(tài)
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