【題目】某同學(xué)利用如圖的裝置研究磁鐵下落過程中的重力勢能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化。內(nèi)阻r=40的螺線管固定在鐵架臺上,線圈與電流傳感器、電壓傳感器和滑動變阻器連接;瑒幼冏杵髯畲笞柚40,初始時滑片位于正中間20的位置。打開傳感器,將質(zhì)量m=0.01kg的磁鐵置于螺線管正上方靜止釋放,磁鐵上表面為N極。穿過螺線管后掉落到海綿墊上并靜止(磁鐵下落中受到的阻力遠小于磁鐵重力,不發(fā)生轉(zhuǎn)動),釋放點到海綿墊高度差h=0.25m。計算機屏幕上顯示出如圖的UⅠ-t曲線,重力加速度g=10m/s2。計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字。如果有下列根號可取相應(yīng)的近似值: ;,g=10m/s2。計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字。如果有下列根號可取相應(yīng)的近似值:
(1)磁鐵穿過螺線管過程中,螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值約為_________ V。
(2)圖像中UI出現(xiàn)前后兩個峰值,對比實驗過程發(fā)現(xiàn),這兩個峰值是在磁鐵剛進入螺線管內(nèi)部和剛從內(nèi)部出來時產(chǎn)生的,對這一現(xiàn)象相關(guān)說法正確的是(_______)
A.線圈中的磁通量經(jīng)歷先增大后減小的過程
B.如果僅略減小h,兩個峰值都會減小
C.如果僅略減小h,兩個峰值可能會相等
D.如果僅移動滑片,增大滑動變阻器阻值,兩個峰值都會增大
(3)在磁鐵下降h=0.25m的過程中,可估算重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率約是_____。
【答案】1.05V ABD 2.582.76%
【解析】
(1)由UI-t曲線可知線圈的最大輸出功率為:P出=0.0062W ①
線圈輸出功率表達式為:P出=I2R外 ②
根據(jù)閉合電路歐姆定律得:E=I(R內(nèi)+R外) ③
聯(lián)立①②③將R內(nèi)=40Ω,R外=20Ω代入得E=1.05V (1.0~1.1都對)
(2)磁鐵進入線框時,磁通量增大,當磁鐵從線框出來時,磁通量減小,故A正確;當h減小時,磁鐵進入線框的速度減小,導(dǎo)致線框中磁通量的變化率減小,因此兩個峰值都會減小,且兩個峰值不可能相等,故B正確,C錯誤;根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,當外電阻等于內(nèi)電阻時,電源的輸出功率最大,本題中滑動變阻器的最大阻值與內(nèi)阻相等,因此增大滑動變阻器阻值,兩個峰值都會增大,故D正確.故選ABD.
(3)下落過程減小的重力勢能為:EP=mgh=0.025J;
根據(jù)圖象物理意義可知:圖象與橫軸圍成面積大小等于下落過程中電源的輸出電能:
E出=2.15×104J
所以總能量為:
重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率為:
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【題目】豎直平面內(nèi)存在著如圖甲所示管道,虛線左側(cè)管道水平,虛線右側(cè)管道是半徑R=1m的半圓形,管道截面是不閉合的圓,管道半圓形部分處在豎直向上的勻強電場中,電場強度E=4×103V/m。小球a、b、c的半徑略小于管道內(nèi)徑,b、c球用長的絕緣細輕桿連接,開始時c靜止于管道水平部分右端P點處,在M點處的a球在水平推力F的作用下由靜止向右運動,當F減到零時恰好與b發(fā)生了彈性碰撞,F-t的變化圖像如圖乙所示,且滿足。已知三個小球均可看做質(zhì)點且ma=0.25kg,mb=0.2kg,mc=0.05kg,小球c帶q=5×10-4C的正電荷,其他小球不帶電,不計一切摩擦,g=10m/s2,求
(1)小球a與b發(fā)生碰撞時的速度v0;
(2)小球c運動到Q點時的速度v;
(3)從小球c開始運動到速度減為零的過程中,小球c電勢能的增加量。
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【題目】如圖甲所示,阻值不計的光滑金屬導(dǎo)軌在豎直面上平行固定放置,間距d為0.5m,下端通過導(dǎo)線與阻值RL為4Ω的小燈泡L連接,在矩形區(qū)域CDFE內(nèi)有水平向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示,CE長為2m.在t=0時刻,電阻R為1Ω的金屬棒以某一初速度從AB位置緊貼導(dǎo)軌向下運動,當金屬棒從AB位置運動到EF位置過程中,小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化,g取10m/s2.求:
(1)通過小燈泡的電流的大。
(2)金屬棒的質(zhì)量;
(3)金屬棒通過磁場區(qū)域所用的時間.
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【題目】如圖所示,內(nèi)壁光滑、截面積不相等的圓柱形氣缸豎直放置,氣缸上、下兩部分的橫截面積分別為2S和S。在氣缸內(nèi)有A、B兩活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,兩活塞用一根長為l的細輕桿連接,兩活塞導(dǎo)熱性能良好,并能在氣缸內(nèi)無摩擦地移動.已知活塞A的質(zhì)量是m,活塞B的質(zhì)量是0.5m。當外界大氣壓強為p0、溫度為T0時,兩活塞靜止于如圖所示位置。若用一豎直向下的拉力F作用在B上,使A、B一起由圖示位置開始緩慢向下移動0.5l的距離,又處于靜止狀態(tài),設(shè)整個過程中氣體溫度不變。求這時
(i)氣缸內(nèi)氣體的壓強;
(ii)拉力F的大小
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【題目】如圖所示,矩形邊界ABCD內(nèi)存在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,方向垂直紙面向里,AB長為2L,AD長為L。從AD的中點E以不同速率發(fā)射粒子,速度方向與AD成30°角,粒子帶正電,電量為q,質(zhì)量為m,不計粒子重力與粒子間的相互作用,下列判斷正確的是( )
A. 粒子可能從BC邊離開
B. 經(jīng)過AB邊的粒子最小速度為
C. 經(jīng)過AB邊的粒子最大速度為
D. AB邊上有粒子經(jīng)過的區(qū)域長度為2L
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【題目】一電路如圖所示,電源電動勢E=28v,內(nèi)阻r=2Ω,電阻R1=4Ω,R2=8Ω,R3=4Ω,C為平行板電容器,其電容C=3.0pF,虛線到兩極板距離相等,極板長L=0.20m,兩極板的間距d=1.0×10-2m。
(1)閉合開關(guān)S穩(wěn)定后,求電容器所帶的電荷量為多少?
(2)當開關(guān)S閉合后,有一未知的、待研究的帶電粒子沿虛線方向以v0=2.0m/s的初速度射入MN的電場中,已知該帶電粒子剛好從極板的右側(cè)下邊緣穿出電場,求該帶電粒子的比荷q/m(不計粒子的重力,M、N板之間的電場看作勻強電場,g=10m/s2)
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【題目】如圖所示,MPQO為有界的豎直向下的勻強電場,電場強度為E,ABC為光滑固定的半圓形軌道,軌道半徑為R,A、B為圓水平直徑的兩個端點,AC為圓弧。一個質(zhì)量為m,電荷量為-q(q>0)的帶電小球,從A點正上方高為H處由靜止釋放,并從A點沿切線進入半圓軌道。不計空氣阻力及一切能量損失,關(guān)于帶電小球的運動情況,下列說法正確的是( 。
A. 小球在AC部分可能做勻速圓周運動
B. 小球一定能沿軌道運動到C點
C. 若小球能從B點離開,上升的高度一定小于H
D. 小球到達C點的速度可能為零
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【題目】一個質(zhì)點做簡諧運動的圖象如圖所示,下列說法正確的是( )
A. 質(zhì)點振動頻率為4Hz
B. 在10s內(nèi)質(zhì)點經(jīng)過的路程是20cm
C. 在5s末,質(zhì)點的速度為零,加速度最大
D. t=1.5s和t=4.5s兩時刻質(zhì)點的位移大小相等,都是
E. 質(zhì)點的速度隨時間t的變化規(guī)律
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【題目】如圖所示,兩個相同的光滑U形導(dǎo)軌相互靠近固定在絕緣水平面上,右側(cè)導(dǎo)軌處在垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場中,ab、cd導(dǎo)棒分別放在兩個導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直,ab導(dǎo)棒在水平拉力作用下向右做勻加速運動,導(dǎo)棒運動過程中始終與導(dǎo)軌接觸良好并與導(dǎo)軌垂直,只計導(dǎo)體電阻,導(dǎo)軌電阻不計,則下列判斷正確的是()
A. 導(dǎo)棒ab中有從a到b的電流
B. 導(dǎo)棒cd中有從c到d的電流
C. 導(dǎo)棒cd會向左移動
D. 拉力F隨時間均勻增大
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