【题目】如图所示,两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角的绝缘斜面上,顶部接有一阻值的定值电阻,下端开口,导轨间距。整个装置处于磁感应强度为B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向上。质量m=2kg的金属棒ab,由静止释放后沿导轨运动,运动过程中始终竖直于导轨,且与导轨接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数。从金属棒ab开始运动至达到最大速度的过程中,金属棒下降的竖直高度为h=6m.金属棒ab在导轨之间的电阻,电路中其余电阻不计。 ,,取。求:
(1)金属棒ab达到的最大速度.
(2)金属棒ab沿导轨向下运动速度v=5m/s时的加速度大小.
(3)从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中,电阻R上产生的热量.
【答案】(1) (2) (3)
【解析】
(1)当安培力为零时,加速度最大,根据牛顿第二定律求解最大加速度;当加速度为零时速度最大,根据平衡条件求解最大速度;
(2)金属棒速度最大时感应电流最大,首先求解此时的安培力,根据牛顿第二定律求解加速度;
(3)根据能量守恒定律求解回路中的总热量,根据比例关系求解电阻R上产生的热量.
(1)金属棒ab达到最大速度时,受力平衡,有
金属棒ab产生的感应电动势为
感应电流为
金属棒ab受到的安培力
联立解得金属棒ab达到的最大速度
(2)金属棒ab沿导轨向下运动速度时,
金属棒ab产生的感应电动势为
感应电流为
金属棒ab受到的安培力
代入数据
金属棒ab的加速度为a,由牛顿第二定律得
代入数据解得
(3)应用能量守恒定律有
代入数据解得Q=16J
根据可知,电阻R上产生的热量
代入数据可得
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【题目】矩形线圈abcd,长ab=20cm,宽bc=10cm,匝数n=200匝,线圈回路总电阻R=5Ω,整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过.若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图所示,则( )
A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化
B.线圈回路中产生的感应电流为0.4A
C.当t=0.3s时,线圈的ab边所受的安培力大小为0.016N
D.在1min内线圈回路产生的焦耳热为48J
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【题目】2018年5月21日,我国发射人类首颗月球中继卫星“鹊桥”,6月14日进入使命轨道——地月拉格朗日L2轨道,为在月球背面着陆的“嫦娥四号”与地球站之间提供通信链路。12月8日,我国成功发射“嫦娥四号”探测器,并于2019年1月3日成功着陆于月球背面,通过中继卫星“鹊桥”传回了月背影像图,如图1所示,揭开了古老月背的神秘面纱。如图2所示,假设“鹊桥”中继卫星在拉格朗日点L2时,跟月、地两个大天体保持相对静止。设地球的质量为月球的k倍,地月间距为L,拉格朗日点L2与月球间距为d。地球、月球和“鹊桥”中继卫星均视为质点,忽略太阳对“鹊桥”中继星的引力,则下列选项正确的是
A. “鹊桥”中继卫星在拉格朗日点L2时处于平衡状态
B. “鹊桥”中继卫星与月球绕地球运动的线速度之比为
C. k、L、d的关系式为
D. k、L、d的关系式为
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【题目】如图所示,MN是半径为R的光滑圆弧,木板B静止在水平面上,其左端与N点重合,右端放有滑块A。滑块C从P点由静止释放,恰从M点切入圆轨道,与木板B碰撞后粘为一体,碰撞时间极短,之后,B、C一起沿水平面运动,滑块A恰好未从B上掉下。已知滑块A、C的质量均为m,木板B的质量为2m,滑块A与木板B之间的动摩擦因数为μ1,滑块C和木板B与地面之间的动摩擦因数均为,滑块A、滑块C均可视为质点,重力加速度为g,忽略空气阻力,水平面足够长。
求:(1)滑块C经N点时与木板B碰撞前的瞬间对圆弧轨道的压力。
(2)滑块A停止时到N点的水平距离。
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【题目】如图所示,半径为R的圆形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于纸面向里,一带负电的粒子(不计重力)沿水平方向以速度v正对圆心入射,通过磁场区域后速度方向偏转了60°。
(1)求粒子的比荷及粒子在磁场中的运动时间t。
(2)如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大,在保持原入射速度的基础上,需将粒子的入射点沿圆弧向上平移的距离d为多少?
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【题目】如图1所示,某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置,装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上,木板上有一滑块,滑块右端固定一个动滑轮,钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连,放开钩码,滑块在长木板上做匀加速直线运动.
(1)实验得到一条如图2所示的纸带,相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s,由图中的数据可知,滑块运动的加速度大小是_____m/s2.(计算结果保留两位有效数字)
(2)读出弹簧测力计的示数F,处理纸带,得到滑块运动的加速度a;改变钩码个数,重复实验.以弹簧测力计的示数F为纵坐标,以加速度a为横坐标,得到的图象是纵轴截距为b的一条倾斜直线,如图3所示.已知滑块和动滑轮的总质量为m,重力加速度为g,忽略滑轮与绳之间的摩擦.则滑块和木板之间的动摩擦因数μ=_____.
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【题目】如图所示,在平面直角坐标系xOy中,第一象限内存在正交的匀强电磁场,电场强度E1=40N/C;第四象限内存在一方向向左的匀强电场。一质量为m=2×10-3kg带正电的小球,从M(3.64m,3.2m)点,以v0=1m/s的水平速度开始运动。已知球在第一象限内做匀速圆周运动,从P(2.04m,0)点进入第四象限后经过y轴上的N(0,-2.28m)点(图中未标出)。(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B
(2)小球由P点运动至N点的时间
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【题目】一长木板置于粗糙水平地面上,木板右端放置一小物块,如图所示。木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.1,物块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4。t=0时刻开始,小物块与木板一起以共同速度向墙壁运动,当t=1s时,木板以速度v1=4m/s与墙壁碰撞(碰撞时间极短)。碰撞前后木板速度大小不变,方向相反。运动过程中小物块第一次减速为零时恰好从木板上掉下。已知木板的质量是小物块质量的15倍,重力加速度大小g取10m/s2。求:
(1)t=0时刻木板的速度;
(2)木板的长度。
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【题目】如图所示,在真空室内的P点,能沿平行纸面向各个方向不断发射电荷量为+q、质量为m的粒子(不计重力),粒子的速率都相同.ab为P点附近的一条水平直线,P到直线ab的距离PC=L,Q为直线ab上一点,它与P点相距PQ=.当直线ab以上区域只存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场时,水平向左射出的粒子恰到达Q点;当ab以上区域只存在平行该平面的匀强电场时,所有粒子都能到达ab直线,且它们到达ab直线时动能都相等,其中水平向左射出的粒子也恰好到达Q点.已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
(1)粒子的发射速率;
(2)PQ两点间的电势差;
(3)仅有磁场时,能到达直线ab的粒子所用最长时间和最短时间。
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