【题目】如图所示,两根电阻忽略不计、互相平行的光滑金属导轨竖直放置,相距L=1m,在水平虚线间有与导轨所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,磁场区域的高度d=1m,导体棒a的质量ma=0.2kg、电阻Ra=1Ω;导体棒b的质量mb=0.1kg、电阻Rb=1.5Ω.它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动,b匀速穿过磁场区域,且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场,重力加速度g=10m/s2,不计a、b棒之间的相互作用,导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好,求:
(1)b棒穿过磁场区域过程中克服安培力所做的功;
(2)a棒刚进入磁场时两端的电势差;
(3)保持a棒以进入时的加速度做匀变速运动,对a棒施加的外力随时间的变化关系.
【答案】(1)b棒穿过磁场区域过程中克服安培力所做的功为1J;(2)a棒刚进入磁场时两端的电势差为3.3V;
(3)保持a棒以进入时的加速度做匀变速运动,对a棒施加的外力随时间的变化关系为F=0.45t﹣1.1.
【解析】
(1)b在磁场中匀速运动,其安培力等于重力,根据重力做功情况求出b棒克服安培力分别做的功.
(2)b进入磁场做匀速直线运动,受重力和安培力平衡,根据平衡条件,结合闭合电路欧姆定律和切割产生感应电动势大小公式,求出b做匀速直线运动的速度大小.a、b都在磁场外运动时,速度总是相等,b棒进入磁场后,a棒继续加速运动而进入磁场,根据运动学速度时间公式求解出a进入磁场时的速度大小,由E=BLv求出a棒产生的感应电动势,即可求得a棒刚进入磁场时两端的电势差.
(3)根据牛顿第二定律求出a棒刚进入磁场时的加速度,再根据牛顿第二定律求出保持a棒以进入时的加速度做匀变速运动时外力与时间的关系式.
(1)b棒穿过磁场做匀速运动,安培力等于重力,则有:BI1L=mbg,
克服安培力做功为:W=BI1Ld=mbgd=0.1×10×1=1J
(2)b棒在磁场中匀速运动的速度为v1,重力和安培力平衡,根据平衡条件,结合闭合电路欧姆定律得:
=mbg,vb===10m/s,
b棒在磁场中匀速运动的时间为t1,d=vbt1,t1===0.1s,a、b都在磁场外运动时,速度总是相等的,b棒进入磁场后,a棒继续加速t1时间而进入磁场,a棒进入磁场的速度为va,va=vb+gt1=10+10×0.1=11m/s.
电动势为:E=BLva=0.5×1×11=5.5V,a棒两端的电势差即为路端电压为:U===3.3V.
(3)a棒刚进入磁场时的加速度为a,根据牛顿第二定律得:mag﹣BI2L=maa,
a=g﹣=g﹣=10﹣=4.5m/s2,
要保持加速度不变,加外力F,根据牛顿第二定律得:F+mag﹣BIL=maa
得:F=t=×t=0.45t﹣1.1.
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【题目】物体在恒定的合外力F作用下做直线运动,在时间Δt1内速度由0增大到v,在时间Δt2内速度由v增大到2v.设F在Δt1内做的功是W1,冲量是I1;在Δt2内做的功是W2,冲量是I2.那么( )
A.I2 = I1 W2 > W1B.I2 < I1 W2 < W1
C.I2 > I1 W2 > W1D.I2 = I1 W2 < W1
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【题目】一个T型电路如下图所示,电路中的电阻R1=120 Ω,R2=10 Ω,R3=40 Ω.另有一测试电源,电动势为100 V,内阻忽略不计.则( )
A.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40 Ω
B.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40 Ω
C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80 V
D.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80 V
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【题目】探究“加速度a与物体所受合力F关系”的实验装置如图所示,打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。
(1)实验时, 甲、乙两同学所用小车的质量不同分别为 、。根据实验数据及相计算。在同一个坐标中分别得到图中甲、乙两条直线。由图可知___。(填“大于”“小于”或“等于”)
(2)图是某位同学在研究小车做匀变速直线运动时,通过打点计时器获得的一条纸带。A、B、C、D、E为连续计数点,相邻两个计数点之间还有四个点(未标出),测出相邻计数点间的距离分别是s1=3.02cm、s2=5.06cm、s3=7.08cm、s4=9.12cm。则打D点时小车的速度为_____m/s,小车的加速度为_____m/s2。(保留两三有效数字)
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【题目】在“验证力的平行四边形定则”的实验中:
(1)采用的科学方法是 。
A.理想实验法 B.等效替代法
C.控制变量法 D.建立物理模型法
(2)下列是某同学在做该实验的一些看法,其中错误的是 (填相应的字母)。
A.拉橡皮筋的绳线要细长,实验中弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板平面平行
B.拉橡皮筋结点到某一位置O时,拉力要适当大些,读数时视线要正对弹簧秤刻度
C.拉橡皮筋结点到某一位置O时,两个弹簧秤之间夹角应取90°以便于算出合力大小
D.实验中,橡皮筋应该与两个弹簧秤之间夹角的平分线在同一直线上
E.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一个弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点
(3)实验中的情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,OB和OC为绳线。O为橡皮筋与绳线的结点,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是 (填“F”或“F′”)。
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【题目】某同学利用图示装置来研究弹簧弹力与形变的关系。 设计的实验如下:A、B是质量均为m0的小物块,A、B间由轻弹簧相连,A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连。挂钩上可以挂上不同质量的物体C。物块B下放置一压力传感器。物体C右边有一个竖直的直尺,可以测出挂钩的下移的距离。整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度g=9.8m/s2。实验操作如下:
(1)不悬挂物块C,让系统保持静止,确定挂钩的位置O,并读出压力传感器的示数F0;
(2)每次挂上不同质量的物块C,用手托出,缓慢释放。测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离xi,并读出相应的压力传感器的示数Fi;
(3)以压力传感器示数为纵轴,挂钩下移距离为横轴,根据每次测量的数据,描点作出F-x图像如图所示。
①由图像可知,在实验误差范围内,可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成 (填“正比”“反比”“不确定关系”);
②由图像可知:弹簧劲度系数k= N/m;
③如果挂上物块C的质量mc=3m0,并由静止释放。当压力传感器的示数为零时,物块C的速度v0= m/s。
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【题目】电流传感器A的作用相当于一个电流表,它与计算机相连接可以捕捉到瞬间电流的变化,并能在屏幕上显示电流随时间变化的图象。下列说法正确的是( )
A.甲中S由断开状态到闭合的瞬间,R中的电流立即增大
B.甲中S由闭合状态到断开的瞬间,L右端电势比左端的高
C.甲中S由闭合状态到断开的瞬间,R中的电流逐渐减小
D.乙中S由断开状态到闭合的瞬间,R中的电流逐渐增大
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【题目】如图所示,用可见光照射金属板,发现与该金属板相连的验电器指针张开一定角度,下列说法中不正确的有( )
A.验电器指针带正电
B.有一部分电子从金属板表面逸出
C.如果改用相同强度的红外线照射,验电器指针也一定会张开一定角度
D.如果改用相同强度的紫外线照射,验电器指针也一定会张开一定角度
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【题目】如图所示,电源内阻较大,当开关闭合、滑动变阻器滑片位于某位置时,水平放置的平行板电容器间一带电液滴恰好处于静止状态,灯泡L也能正常发光,现将滑动变阻器滑片由该位置向a端滑动,则( )
A.灯泡将变暗,电源效率将减小
B.液滴带正电,将向下做加速运动
C.电源的路端电压增大,输出功率也增大
D.滑片滑动瞬间,带电液滴电势能将减小
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