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8.如圖所示的是兩端開口且水平截面積大小不等的“凸”字形矩形槽的正視圖,圖中間距為L,高度為h的左右兩側板為金屬板,其間有垂直紙面向內的勻強磁場,其余均為連接嚴密的透明塑料板.金屬板下端略插入表面積甚大的水銀中,插入深度相比h可忽略.已知水銀的電阻率為r,密度為ρ,重力加速度為g.
(1)將該“凸”字形矩形槽兩側金屬板與外電路相連(電路部分省略未畫),當使金屬板間電壓穩(wěn)定為U時,磁場區(qū)內水銀面會高于場區(qū)外的水銀面,水銀上升高度為x(x<h).已知矩形槽所圍的槽內水銀表面積為S,不計水銀與金屬板間粘滯阻力,估算通過向上凸出部分水銀的電流大小并指明電流的流向
(2)只要磁感應強度足夠大,就有可能讓水銀越過磁場區(qū)進入窄管,若進入窄管的水銀最終維持與管外水銀的高度差為H,不計窄管水銀中可能存在的電流,寫出所需的磁感應強度B表達式.
(3)我們設想在該裝置窄管上標上刻度,用內、外高度差H測量磁感應強度B,請你對此設想簡要地做出評價.(要求有二條不同方面的評價)

分析 (1)根據(jù)左手定則判斷電流方向.根據(jù)電阻定律和歐姆定律結合求電流的大小.
(2)突出進入窄管的水銀柱最終穩(wěn)定時,其所受的安培力壓強與自身重力壓強平衡,由此列式求解.
(3)可根據(jù)刻度特點、測量范圍、測量靈敏度、誤差因素、環(huán)保因素等多方面分析評價.

解答 解:(1)由左手定則得:電流方向從左到右         
上升進入磁場區(qū)的水銀電阻為:R=rLxSL=rL2xS
電流大小為:I=UR=USxrL2                    
(2)突出進入窄管的水銀柱最終穩(wěn)定時,其所受的安培力壓強與自身重力壓強平衡,則有:
ρgH=BdIdSL=BILS            
其中:I=UR=LSUShrL2=BUShrL        
得:B=\frac{ρgrL}{Uh}H(H≥h)     
(3)可以從多方面評價,只要有個人見解且無明顯錯誤即可:例如:
刻度特點:由于B∝H 其刻度應分劃成均勻刻度
測量范圍:有測量的最小值,Bmin=\frac{ρgrL}{U},理論應無測量上限值的限制.
測量靈敏度:提高電壓U或減小兩板間距離L有助于降低測量下限,提高靈敏度.
誤差因素:水銀粘滯阻力存在、進入窄管區(qū)內的電流大小、電壓的波動等是造成誤差原因
環(huán)保因素:水銀易揮發(fā),對環(huán)境、實驗人員可能造成不良影響.
答:
(1)通過向上凸出部分水銀的電流大小是\frac{USx}{r{L}^{2}},電流的流向從左到右.
(2)磁感應強度B表達式是B=\frac{ρgrL}{Uh}H(H≥h).
(3)對此設想的評價如上所述.

點評 本題要理解實驗的原理,掌握壓強公式與安培力表達式,注意液體受到安培力的模型建立,同時能從不同的角度對實驗設想進行評價.

練習冊系列答案
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15.如圖所示,三個燈泡是相同的,而且耐壓足夠,電源內阻忽略.當S接A時,三個燈亮度相同,那S接B時,下列說法正確的是( �。�
A.三個燈亮度相同B.甲燈最亮,丙燈不亮
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19.超市里的自動扶梯都是斜面(無階梯)式的,如果無人搭乘一段時間后,能自動調整為待機省電模式緩慢運行,速度為0.1m/s,當一旦有人踏上去,通過壓力感應,能恢復到速度0.5m/s.現(xiàn)有一質量為60kg的高三學生,以0.1m/s的速度輕輕地無倚靠地踏上同速運行的扶梯,無相對滑動,扶梯經(jīng)過1s的勻變速調整后,勻速行駛.如圖所示,扶梯傾角為300,斜面長為10m,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.(g=10m/s2).則( �。�
A.該學生的鞋底與扶梯面的動摩擦因素至少為\frac{9\sqrt{3}}{25}
B.加速過程中,摩擦力對學生做的功等于該學生動能的增加量7.2J
C.加速過程中,該學生的機械能增加了97.2J
D.若整個過程中只有該學生乘,則比待機模式電動機多消耗了3007.2J的電能

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A.此過程粒子運動的加速度大小為\frac{U}{md}
B.此過程粒子的電勢能減少了qU
C.粒子到達負極板中心時的速度大小為v0+\sqrt{\frac{2qU}{m}}
D.若只將粒子的初速度增大至2v0,粒子將從負極板的最下端邊緣射出.

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A.從ac滑到c的時間比從ad滑到d的時間短
B.從ac滑到c的時間比從bd滑到d的時間長
C.從三個斜面的頂端運動到d的整個過程,損失的機械能一樣多
D.從bd滑到d端時的速度最小

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( �。�
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