(18分)光滑的平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)L=2 m,兩導(dǎo)軌間距d=0.5 m,軌道平面與水平面的夾角θ=30°,導(dǎo)軌上端接一阻值為R=0.6 Ω的電阻,軌道所在空間有垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,如圖所示.有一質(zhì)量m=0.5 kg、電阻r=0.4 Ω的金屬棒ab,放在導(dǎo)軌最上端,其余部分電阻不計(jì).已知棒ab從軌道最上端由靜止開(kāi)始下滑到最底端脫離軌道的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量Q1=0.6 J,取g=10 m/s2,試求:
(1)當(dāng)棒的速度v=2 m/s時(shí),電阻R兩端的電壓;
(2)棒下滑到軌道最底端時(shí)速度的大小;
(3)棒下滑到軌道最底端時(shí)加速度a的大。
(1)0.6 V;(2)4 m/s;(3)3m/s2。
解析試題分析:(1)當(dāng)棒的速度v=2 m/s時(shí),由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式得,
棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv=1T×0.5m×2m/s="1" V;
再由歐姆定律可得,此時(shí)電路中的電流I==1 A,
所以電阻R兩端的電壓U=IR=0.6 V。
(2)因?yàn)殡娮鑂上產(chǎn)生的熱量為Q1=0.6 J,根據(jù)Q=I2Rt得=,
可知在棒下滑的整個(gè)過(guò)程中金屬棒中產(chǎn)生的熱量Q2=Q1=0.4 J
設(shè)棒到達(dá)最底端時(shí)的速度為v2,
根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,有:mgLsin θ=m+Q1+Q2,解得:v2=4 m/s。
(3)棒到達(dá)最底端時(shí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I2==2A;
根據(jù)牛頓第二定律有:mgsinθ-BI2d=ma,解得:a=3m/s2。
考點(diǎn):感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,歐姆定律的計(jì)算,能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,牛頓第二定律。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(10分)如圖的環(huán)狀軌道處于豎直面內(nèi),它由半徑分別為R和2R的兩個(gè)半圓軌道、半徑為R的兩個(gè)四分之一圓軌道和兩根長(zhǎng)度分別為2R和4R的直軌道平滑連接而成。以水平線(xiàn)MN和PQ為界,空間分為三個(gè)區(qū)域,區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅲ內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小為。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小環(huán)穿在軌道內(nèi),它與兩根直軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(0<μ<1),而軌道的圓弧形部分均光滑。將小環(huán)在較長(zhǎng)的直軌道CD下端的C點(diǎn)無(wú)初速釋放(不考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)的邊界效應(yīng),重力加速度為g),求:
(1)小環(huán)在第一次通過(guò)軌道最高點(diǎn)A時(shí)的速度vA的大;
(2)小環(huán)在第一次通過(guò)軌道最高點(diǎn)A時(shí)受到軌道的壓力FN的大;
(3)若從C點(diǎn)釋放小環(huán)的同時(shí),在區(qū)域Ⅱ再另加一垂直于軌道平面向里的水平勻強(qiáng)電場(chǎng),其場(chǎng)強(qiáng)大小為,則小環(huán)在兩根直軌道上通過(guò)的總路程多大?
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(20分)如圖所示,一質(zhì)量為m、電荷量為q、重力不計(jì)的微粒,從傾斜放置的平行電容器I的A板處由靜止釋放,A、B間電壓為U1。微粒經(jīng)加速后,從D板左邊緣進(jìn)入一水平放置的平行板電容器II,由C板右邊緣且平行于極板方向射出,已知電容器II的板長(zhǎng)為板間距離的2倍。電容器右側(cè)豎直面MN與PQ之間的足夠大空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出),MN與PQ之間的距離為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,在微粒的運(yùn)動(dòng)路徑上有一厚度不計(jì)的窄塑料板(垂直紙面方向的寬度很。,斜放在MN與PQ之間,=45°。求:
(1)微粒從電容器I加速后的速度大;
(2)電容器IICD間的電壓;
(3)假設(shè)粒子與塑料板碰撞后,電量和速度大小不變、方向變化遵循光的反射定律,碰撞時(shí)間極短忽略不計(jì),微粒在MN與PQ之間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和路程。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(18分)如圖所示,坐標(biāo)空間中有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),Y軸為兩種場(chǎng)的分界面,圖中虛線(xiàn)為磁場(chǎng)區(qū)域的右邊界,現(xiàn)有一質(zhì)量為m,電荷量為-q的帶電粒子從電場(chǎng)中坐標(biāo)位置(-L,0)處,以初速度v0沿x軸正方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng),且已知 L=mv02/Eq(重力不計(jì)),試求:
使帶電粒子能穿越磁場(chǎng)區(qū)域而不再返回電場(chǎng)中,磁場(chǎng)的寬度d 應(yīng)滿(mǎn)足的條件.
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
如圖所示,在傾角為θ的絕緣斜面上,有相距為L(zhǎng)的A、B兩點(diǎn),分別固定著兩個(gè)帶電量均為Q的正點(diǎn)電荷。O為AB連線(xiàn)的中點(diǎn),a、b是AB連線(xiàn)上兩點(diǎn),其中。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以初動(dòng)能從a點(diǎn)出發(fā),沿AB直線(xiàn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng),其中小滑塊第一次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為,第一次到達(dá)b點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能恰好為零,已知靜電力常量為。求:
(1)兩個(gè)帶電量均為Q的正點(diǎn)電荷在a點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)大小和方向;
(2)小滑塊由a點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到的滑動(dòng)摩擦力大;
(3)aO兩點(diǎn)間的電勢(shì)差。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(20分)如圖甲所示,兩平行金屬板長(zhǎng)度l不超過(guò)0.2 m,兩板間電壓U隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示。在金屬板右側(cè)有一左邊界為MN、右邊無(wú)界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B =0.01 T,方向垂直紙面向里,F(xiàn)有帶正電的粒子連續(xù)不斷地以速度v0=105m/s射入電場(chǎng)中,初速度方向沿兩板間的中線(xiàn)OO’方向。磁場(chǎng)邊界MN與中線(xiàn)OO’垂直。已知帶電粒子的比荷q/m=108C/kg,粒子的重力和粒子之間的相互作用力均可忽略不計(jì)。
(1)在每個(gè)粒子通過(guò)電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間內(nèi),可以把板間的電場(chǎng)強(qiáng)度看作是恒定的。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明這種處理能夠成立的理由;
(2)設(shè)t=0.1 s時(shí)刻射人電場(chǎng)的帶電粒子恰能從金屬板邊緣穿越電場(chǎng)射入磁場(chǎng),求該帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的大小;
(3)對(duì)于所有經(jīng)過(guò)電場(chǎng)射入磁場(chǎng)的帶電粒子,設(shè)其射人磁場(chǎng)的入射點(diǎn)和從磁場(chǎng)射出的出射點(diǎn)間的距離為d,試判斷d的大小是否隨時(shí)間變化?若不變,證明你的結(jié)論;若變化,求出d的變化范圍。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(22分)如圖甲所示,水平放置的A、B兩平行金屬板的中央各有一小孔O1、O2,板間距離為d,開(kāi)關(guān)S接1。當(dāng)t=0時(shí),在a、b兩端加上如圖乙中的①圖線(xiàn)所示的電壓,同時(shí)在c、d兩端加上如圖丙所示的電壓。此時(shí),一質(zhì)量為m的帶負(fù)電微粒恰好靜止于兩孔連線(xiàn)的中點(diǎn)P處 (P、O1、O2在同一豎直線(xiàn)上)。重力加速度為g,空氣阻力和金屬板的厚度不計(jì)。
⑴若某時(shí)刻突然在a、b兩端改加如圖乙中的②圖線(xiàn)所示的電壓,則微?蛇_(dá)到的最高點(diǎn)距A板的高度為多少?
⑵試在答題卷所給的坐標(biāo)中,定性畫(huà)出在a、b兩端改加如圖乙中的②圖線(xiàn)所示的電壓之后微粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相對(duì)于P點(diǎn)的重力勢(shì)能Ep隨時(shí)間t變化的圖象(只要求畫(huà)出圖線(xiàn),不必寫(xiě)出定量關(guān)系式,但必須標(biāo)明各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的橫縱坐標(biāo));
⑶若要使微粒在兩板間運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,從A板中的O1小孔射出,且射出時(shí)的動(dòng)能盡可能大,問(wèn)應(yīng)在t=0到t=T之間的哪個(gè)時(shí) 刻把開(kāi)關(guān)s從l扳到2位置?ucd的變化周期T至少為多少?
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
如圖,頂角為90°的“∨”型光滑金屬導(dǎo)軌MON固定在傾角為θ的絕緣斜面上,M、N連
線(xiàn)平行于斜面底端,導(dǎo)軌MO、NO的長(zhǎng)度相等,M、N兩點(diǎn)間的距離L=2m,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T、方向垂直于斜面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。一根質(zhì)量m=0.4kg,粗細(xì)均勻、單位長(zhǎng)度電阻值r=0.5Ω/m的導(dǎo)體棒ab,受到平行于斜面向上且垂直于ab的變力F作用,以速度v=2m/s沿導(dǎo)軌向下勻速滑動(dòng),導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌接觸良好,不計(jì)導(dǎo)軌電阻,從導(dǎo)體棒在MN時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),
(1)t=0時(shí),F(xiàn)=0,求斜面傾角θ;
(2)求0.2s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量q;
(3)求導(dǎo)體棒通過(guò)整個(gè)金屬導(dǎo)軌的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:單選題
一個(gè)小球做自由落體運(yùn)動(dòng),在第1s內(nèi)重力做功為W1,在第2s內(nèi)重力做功為W2;在第1s末重力的瞬時(shí)功率為P1,在第2s末重力的瞬時(shí)功率做功為P2,則W1:W2及P1:P2分別等于( )
A.1:1,1:1 | B.1:2,1:3 | C.1:3;1:2 | D.1:4,1:2 |
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