【题目】如图所示,足够长的U形导体框架的宽度L=0.5 m,电阻可忽略不计,其所在平面与水平面成θ=37°。有一磁感应强度B=0.8 T的匀强磁场,方向垂直于导体框平面。一根质量m=0.4 kg、电阻R=1 Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上,某时刻起将导体棒由静止释放。已知导体棒与框架间的动摩擦因数μ=0.5.(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2)
求:
(1)导体棒刚开始下滑时的加速度大小;
(2)导体棒运动过程中的最大速度;
(3)从导体棒开始下滑到速度刚达到最大时的过程中,通过导体棒横截面的电荷量Q=4 C,求导体棒在此过程中消耗的电能。
【答案】(1)2m/s2;(5)5m/s;(3)3J
【解析】
(1)导体棒刚开始下滑时,其受力情况如图甲,根据牛顿第二定律有:
mgsinθ-μmgcosθ=ma①
解得a=2m/s2②
(2)当导体棒匀速下滑时具有最大速度v,其受力情况如图乙,则在平行斜面方向上有:
mgsinθ-μmgcosθ-F=0③
安培力:F=BIL④
回路中电流:⑤
MN棒中产生的电动势E=BLv⑥
由以上各式得:⑦
代入数值得v=5m/s⑧
(3)通过导体棒横截面的电荷量: ⑨
⑩
设导体棒下滑速度刚好为v时的位移为x,则ΔΦ=BxL⑾
全程对棒由动能定理:(12)
其中W安为克服安培力做的功。
由功能关系,克服安培力做的功等于导体棒在此过程中消耗的电能,即
QR=W=3J(13)
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【题目】如图所示,质量为M=1 kg的木板静止在光滑水平面上,一个质量为m=3 kg滑块以初速度v0=2 m/s从木板的左端向右滑上木板,滑块始终未离开木板。则下面说法正确是
A. 滑块和木板的加速度之比是1∶3
B. 整个过程中因摩擦产生的热量是1.5 J
C. 可以求出木板的最小长度是1.5 m
D. 从开始到滑块与木板相对静止这段时间内,滑块与木板的位移之比是7∶3
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【题目】如图:竖直面内固定的绝缘轨道abc,由半径R=3 m的光滑圆弧段bc与L=1.5 m的粗糙水平段ab在b点相切而构成,O点是圆弧段的圆心,Oc与Ob的夹角θ=37°;过f点的竖直虚线左侧有方向竖直向上、场强大小E=10 N/C的匀强电场,Ocb的外侧有一长度足够长、宽度d =1.6 m的矩形区域efgh,ef与Oc交于c点,ecf与水平向右的方向所成的夹角为β(53°≤β≤147°),矩形区域内有方向水平向里的匀强磁场。质量m2=3×10-3 kg、电荷量q=3×l0-3 C的带正电小物体Q静止在圆弧轨道上b点,质量m1=1.5×10-3 kg的不带电小物体P从轨道右端a以的水平速度向左运动,P、Q碰撞时间极短,碰后P以1 m/s的速度水平向右弹回。已知P与ab间的动摩擦因数μ=0.5,A、B均可视为质点,Q的电荷量始终不变,忽略空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度大小g=10 m/s2。求:
(1)碰后瞬间,圆弧轨道对物体Q的弹力大小FN;
(2)当β=53°时,物体Q刚好不从边穿出磁场,求区域efgh内所加磁场的磁感应强度大小B1;
(3)当区域efgh内所加磁场的磁感应强度为B2=2T时,要让物体Q从gh边穿出磁场且在磁场中运动的时间最长,求此最长时间t及对应的β值。
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【题目】在中美贸易战中,中兴的遭遇告诉我们,要重视芯片的自主研发工作,而芯片的基础工作在于半导体的工艺。如图所示,在半导体离子注入工艺中,初速度可忽略的磷离子P+和P3+,经电压为U的电场加速后,垂直进入方向垂直纸面向里、宽度为D的匀强磁场区域,其中离子P+在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出。已知P+和P3+的质量均为m,而电量分别为e和3e(e表示元电荷)。
(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)求P3+在磁场中转过的角度。
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【题目】如图,倾角θ=37°的光滑斜面固定在水平面上,斜面长L=0.75m,质量m=1.0kg的物块从斜面顶端无初速度释放,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2 , 则( )
A. 物块滑到斜面底端时重力的瞬时功率为18W
B. 物块滑到斜面底端时的动能为1.5J
C. 物块从斜面顶端滑到底端的过程中重力的平均功率为24W
D. 物块从斜面顶端滑到底端的过程中重力做功为7.5J
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【题目】一质点沿直线Ox方向做减速直线运动,它离开O点的距离x随时间变化的关系为x=6t-2t3(m),它的速度v随时间t变化的关系为v=6-6t2(m/s),则该质点在t=2 s时的瞬时速度和t=0到t=2 s间的平均速度、平均速率分别为( )
A. -18 m/s、-2 m/s、6 m/s
B. -18 m/s、-2 m/s、2 m/s
C. -2 m/s、-2 m/s、-18 m/s
D. -18 m/s、6 m/s、6 m/s
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【题目】如图所示,一定质量的理想气体被活塞密封在一绝热容器中,活塞与容器壁无摩擦。当温度为T1时,气体压强为P1,体积为V1;
(1)若温度升高到T2,气体压强变为P2,气体的体积变为V2,则P2______P1,V2_______V1(填“>”、“=”或“<”);
(2)若在活塞上放置一定质量的重物,稳定后气体的压强变为P3,温度变为T3,则P3 _______P1,T3 ______T1(填“>”、“=”或“<”)。
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【题目】甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验。已知重力加速度为g。
(1)甲同学所设计的实验装置如图所示。其中A为一质量为M的长直木板,B为木板上放置的质量为m的物块,C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计。实验时用力将A从B的下方抽出,通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。则该设计能测出________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数,其表达式为________。
(2)乙同学的设计如图乙所示。他在一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门,与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间,与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力。实验时,多次改变砂桶中砂的质量,每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动,读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t。在坐标系中作出的图线如图丙所示,图线的斜率为k,与纵轴的截距为b,与横轴的截距为c。因乙同学不能测出小车质量,因乙同学不能测出小车质量,故该同学还应该测出的物理量为 _______ 。根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为 ________ 。
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【题目】某同学把一体重计放在电梯的地板上,她站在体重计上随电梯上下运动,并观察体重计示数的变化情况。下表记录了几个特定时刻体重计的示数,已知t0时刻电梯静止,则
时刻 | t0 | t1 | t2 | t3 |
体重计示数/kg | 45.0 | 50.0 | 40.0 | 45.0 |
A. t1和t2时刻该同学的质量相等,但所受的重力不等
B. t1和t2时刻电梯的加速度大小相等,方向一定相反
C. t1和t2时刻电梯的加速度大小相等,运动方向一定相反
D. t3时刻电梯的速度方向向上
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