【題目】如圖所示,固定于同一水平面內的光滑、平行長直金屬導軌處于豎直向下的勻強磁場中,導軌左端接有定值電阻。粗細和材質均勻的金屬桿MN在與其垂直的水平恒力作用下,在導軌上勻速向右運動;金屬桿MN始終與導線框形成閉合電路,其長度恰好等于平行軌道的間距,導軌電阻不計。
(1)已知勻強磁場的磁感強度為B,金屬桿MN的長度為L,速度為v。
a.請通過法拉第電磁感應定律推導證明,金屬桿MN切割磁感線產生的電動勢。
b.請結合電源電動勢定義式推導證明,金屬桿MN切割磁感線產生的電動勢。
(2)已知定值電阻的阻值為R,金屬桿MN的電阻為r,水平恒力為F,某段時間內,金屬桿MN向右運動距離為x。
a.請結合能量守恒定律,求這段時間內金屬桿MN上產生的熱量Q;
b.經典物理學認為,在金屬導體中,定向移動的自由電子頻繁地與金屬離子發(fā)生碰撞,把定向移動的動能不斷傳遞給金屬離子,使金屬離子的熱振動加劇,因而導體的溫度升高。在考慮大量自由電子的統(tǒng)計結果時,電子與金屬離子的碰撞結果可視為導體對電子有連續(xù)的阻力。
展開你想象的翅膀,給出一個合理的自由電子的運動模型,并在此基礎上求這段時間內金屬桿MN上產生的熱量Q。
【答案】(1)a.見解析b.見解析
(2)a. b.
【解析】
(1)a、根據法拉第電磁感應定律求出感應電動勢;
b、應用洛倫茲力求出洛倫茲力,由功的計算公式求出功,然后由電動勢的定義式求出電動勢。
(2)a、應用能量守恒定律與串聯(lián)電路特點求出產生的熱量;
b、應用E=BLv,歐姆定律、洛倫茲力公式與功的計算公式求出產生的熱量。
(1)a.在t時間內,金屬桿MN的位移
閉合電路面積的變化量是
則穿過閉合電路的磁通量的變化量是
根據法拉第電磁感應定律有
b.金屬桿MN切割磁感線時,MN相當于電源,由右手定則可以判斷M為正極,N為負極。
因為金屬桿MN的運動,自由電子受到沿金屬桿方向洛的倫茲力(分力)的作用,充當非靜電力。設自由電子的電荷量為e,則有。
在自由電子由N定向移動到M的過程中,做的功,所以導線MN切割磁感線產生的電動勢
(2)a.設電阻R上產生的熱量為,根據能量守恒定律有
又因為
所以
b.設磁場的磁感強度為B,金屬桿MN的長度為L,則金屬桿MN切割磁感線產生的電動勢,所以金屬桿MN兩端的電勢差
金屬桿MN中的電場可視為勻強電場,其場強
自由電子在金屬桿MN中所受的電場力
因為金屬桿MN的運動,自由電子受到沿金屬桿方向的洛倫茲力(分力)
因為金屬桿中的電流不變,所以可假設自由電子以速度u相對導線做勻速直線運動。假設導體對每個電子的阻力都為f阻。在沿金屬桿MN的方向,根據牛頓第二定律有,即
所以
設MN中自由電荷的數量為N,這段時間為t,則自由電子克服f阻做的總功
因為自由電子以速度u相對導線做勻速直線運動,所以自由電子受到垂直金屬桿MN方向的洛倫茲力(分力),則有金屬桿MN所受的安培力
p
取金屬桿MN為研究對象,根據牛頓第二定律有
所以
由題意可知:
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【題目】如圖所示,一有界區(qū)域磁場的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里,磁場寬度為L;正方形導線框abcd的邊長也為L,當bc邊位于磁場左邊緣時,線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域。若規(guī)定逆時針方向為電流的正方向,則反映線框中感應電流變化規(guī)律的圖像是
A. B.
C. D.
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【題目】如圖,用一個帶兩根細管的橡皮塞塞緊燒瓶的瓶口,壓強傳感器通過其中一根不帶閥門的細管連通燒瓶中的空氣,另一根帶閥門的細管連通注射器。開始時閥門處于關閉狀態(tài),注射器針筒的最大刻度線到閥門之間充滿了水,F(xiàn)利用該裝置進行驗證玻意耳定律的實驗。依圖示連接好實驗器材,運行 DIS 軟件進入實驗界面,點擊“開始記錄”后:
① 打開閥門,推注射器活塞向燒瓶內注入適量的水,關閉閥門;
② 記錄氣體的壓強 p,并在表格中記錄注入的水的體積 V;
③ 保持燒瓶中氣體的溫度不變,重復實驗得到多組實驗數據,點擊“停止記錄”。
(1)實驗中通過_____測得注入燒瓶中的水的體積;
(2)(單選)為驗證玻意耳定律,采用圖像法處理實驗數據時,應選擇
A.p-V 圖像 B.p-1/ V 圖像 C.V-1/p 圖像 D.1/p-1/ V 圖像
(3)根據上述實驗數據的圖像可以測得_________;上述實驗中存在著可能影響實驗精確度的主要因素有_____(寫出一條即可)。
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【題目】關于近代物理實驗,下列說法正確的有
A. 光電效應實驗中,一定顏色的可以產生光電效應的光,入射光越強,單位時間內發(fā)射的光電子數越多
B. 在光電效應實驗中,入射光的頻率大于截止頻率時不發(fā)生光電效應
C. 康普頓效應表明,光子除了具有能量之外還具有動量
D. 一個電子和一個質子具有同樣的動能時,質子的德布羅意波波長更長
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【題目】在液面上以大小為v1的初速度豎直向下射出一個塑料小球,經過時間t塑料小球回到液面,回到液面時塑料小球的速度大小為v2。已知塑料小球在運動過程中受到液體的浮力大小等于其重力的k倍(k>1),液體阻力的大小與速度的大小成正比,重力加速度大小為g。下面給出時間t的四個表達式中只有一個是合理的。你可能不會求解t,但是你可以通過一定的物理分析,對下列表達式的合理性做出判斷。根據你的判斷,你認為t的表達式應為
A. B. C. D.
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【題目】如圖所示,在光滑的水平地面上并排放著物塊A、B,它們的質量之比為3:2,且在它們之間有一處于壓縮狀態(tài)的彈簧(與物塊A、B并不拴接)。某一時刻同時釋放物塊A、B,彈簧為原長時物塊A的動能為8 J,則從剛釋放物塊A、B到其剛分離的過程中,彈簧對物塊B做的功為
A. 12 JB. 16 JC. 18 JD. 20 J
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【題目】如圖所示,拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓練的一種有效方法。如果某受訓者拖著輪胎在水平直道上跑了200 m,那么下列說法正確的是
A. 輪胎受到的重力對輪胎做了正功
B. 輪胎受到的拉力對輪胎不做功
C. 輪胎受到的摩擦力對輪胎做了負功
D. 輪胎受到的支持力對輪胎做了正功
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【題目】某興趣小組對市場中電線進行調查,
(1)如圖1所示,采用繞線法測得該電線直徑為____________mm;
(2)取長度為100m的電線,欲測其電阻:
①先用多用電表進行粗略測量,將多用表選擇開關置于“×10”檔并調零后,兩表筆接觸待測電阻的兩端進行測量,表盤指針如圖2所示。為了使測量值更準確,“選擇開關”應置于______(填“×1”、“×100”或“×1K”),并兩表筆短接,調節(jié)圖3中___(“A”或“B”) 重新調零后進行測量。
②再用伏安法測量其電阻,并設計圖4電路,則電壓表的另一端應接______(填“a”或“b”),測量得電壓表示數為4.50V,而電流表讀數如圖5所示,則所測的電阻為_________Ω。(保留三位有效數字)
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【題目】一矩形線圈abcd放在水平面上,線圈中通有如圖所示的恒定電流。在ab邊的右側距ab邊的距離與bc邊的長度相等處,放置水平長直導線MN,MN通有由M到N的電流,在其周圍空間產生磁場,已知載流長直導線周圍磁場的磁感應強度大小為B=kI/r,式中常量k>0,I為電流強度,r為距導線的即離。則( )
A. ad邊不受安培力作用
B. ab邊、cd邊受到的安培力之比為2:1
C. 若水平面光滑,線圈將向右作加速度減小的加速運動
D. 若水平面粗糙,線圈受到向左的摩擦力作用
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