【題目】直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以簡(jiǎn)化為如圖甲所示的情景。在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi),相距為L,電阻不計(jì)。軌道端點(diǎn)MP間接有直流電源(內(nèi)阻不計(jì)),電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好,通過(guò)滑輪以速度v(v平行于MN)向右做勻速運(yùn)動(dòng),從而提升用繩懸掛的重物。電路中的電流為I,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,不計(jì)繩的質(zhì)量和繩與滑輪之間的摩擦。
(1)a.求重物的質(zhì)量m;
b.求在t時(shí)間內(nèi),“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能。
(2)設(shè)圖甲中電源電動(dòng)勢(shì)大小為E,當(dāng)金屬棒ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí),由于切割磁感線產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),大小為,此時(shí)這個(gè)回路的電源電動(dòng)勢(shì)等效為E。
a.請(qǐng)從能量守恒的角度推導(dǎo)E =+ IR;
b.金屬棒在向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,棒中每個(gè)自由電子都會(huì)受到一個(gè)與定向移動(dòng)方向相反的力的作用,請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出一個(gè)自由電子所受該力的示意圖,并求在t時(shí)間內(nèi),金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中該力對(duì)所有自由電子做的總功W。
【答案】(1)a.b. (2)見(jiàn)解析;
【解析】
(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng),重物通過(guò)滑輪對(duì)金屬棒的拉力等于金屬棒受到的安培力,列出關(guān)系方程,可求重物質(zhì)量;“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能等于重物增加的重力勢(shì)能。
(2)根據(jù)能量守恒定律,電源提供的電能轉(zhuǎn)化為“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能和電路中的焦耳熱,列方程即可求解;金屬棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),自由電子克服感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做的功即為所求的功。
(1)a.設(shè)金屬棒受到的安培力為,。
金屬棒勻速運(yùn)動(dòng),所以重物通過(guò)滑輪對(duì)金屬棒的拉力等于金屬棒受到的安培力,
即:
將帶入,得:
b.設(shè)在t時(shí)間內(nèi)重物上升的高度為h。
在t時(shí)間內(nèi),“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能等于重物增加的重力勢(shì)能。
將m代入,得:
(2)a.設(shè)在時(shí)間內(nèi),電源提供的電能為,電路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q。
,
金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):
在時(shí)間內(nèi),電源提供的電能轉(zhuǎn)化為“電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能和電路中的焦耳熱,所以:,即:
整理得:E = E + IR
b.力的示意圖如圖。
宏觀角度。棒中自由電子受到的與定向移動(dòng)方向相反的力,對(duì)電子做負(fù)功,宏觀上表現(xiàn)為“反電動(dòng)勢(shì)”。
電源克服反電動(dòng)勢(shì)做功:,將E代入,
所以:
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,在傾角為37°的光滑斜面上有一根長(zhǎng)為0.5m、質(zhì)量為2kg的通電直導(dǎo)線,電流大小I=2A、方向垂直于紙面向里,導(dǎo)線用平行于斜面的輕彈簧拴住不動(dòng),整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為5T,豎直向上的磁場(chǎng)中,已知彈簧的勁度系數(shù)為400N/m,整個(gè)過(guò)程未超出彈簧的彈性限度,則以下說(shuō)法正確的是(g取10m/s2)
A. 通電直導(dǎo)線對(duì)斜面的壓力為19N
B. 彈簧的伸長(zhǎng)量為4m
C. 如果磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,則彈簧的彈力減小
D. 如果磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,則通電導(dǎo)線對(duì)斜面的壓力減小
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,一小型發(fā)電機(jī)與理想變壓器連接給兩只完全相同的燈泡P、Q供電,電流表A為理想電表,線圈和導(dǎo)線的電阻不計(jì),開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)兩燈泡正常發(fā)光.保持其它條件不變,開(kāi)關(guān)由閉合到斷開(kāi).則
A. 電流表的示數(shù)不變,P中電流的頻率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍
B. 電流表的示數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的一半,P中電流的頻率不變
C. 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的外力的功率變小,且P燈亮度不變
D. 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的外力的功率變大,且P燈變亮
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,光滑固定導(dǎo)軌m、n水平放置,兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上,形成一個(gè)閉合冋路.當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)( )
A. 由于回路磁通量增加,p、q將互相靠攏
B. 由于回路磁通量增加,p、q將互相遠(yuǎn)離
C. 由于p、q中電流方向相反,所以p、q將互相遠(yuǎn)離
D. 磁鐵的加速度仍為g
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】同學(xué)們?cè)跍y(cè)量某電阻絲的電阻Rx的實(shí)驗(yàn)中,所用電流表的內(nèi)阻與Rx相當(dāng),電壓表可視為理想電壓表.
(1)若使用圖甲所示電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),為了使Rx的測(cè)量值更接近真實(shí)值,電壓表的a端應(yīng)連接到電路的__________點(diǎn)(填“b”或“c”).實(shí)驗(yàn)測(cè)得電阻絲的U–I圖像如圖乙所示,根據(jù)圖像測(cè)得Rx=__________Ω(保留兩位有效數(shù)字).
(2)實(shí)驗(yàn)中,隨著電源電壓進(jìn)一步增加,電阻絲逐漸進(jìn)入熾熱狀態(tài),同學(xué)們發(fā)現(xiàn)對(duì)熾熱電阻絲吹氣,其阻值會(huì)發(fā)生變化.在控制電阻絲兩端的電壓為10V的條件下,得到電阻絲的電阻Rx隨風(fēng)速v(用風(fēng)速計(jì)測(cè)量)的變化關(guān)系如圖丙所示.由圖可知當(dāng)風(fēng)速增加時(shí),Rx會(huì)__________(填“增大”或“減小”).當(dāng)電源電壓不變,在風(fēng)速增加的過(guò)程中,為保持電阻絲兩端電壓為10V,需要將滑動(dòng)變阻器RW的滑片向__________(填“M”或“N”)端調(diào)節(jié).實(shí)驗(yàn)中為了通過(guò)電壓表的示數(shù)來(lái)顯示風(fēng)速,同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖丁所示的電路.其中R為兩只阻值相同的電阻,Rx為兩根相同的電阻絲,一根置于氣流中,另一根不受氣流影響,V為待接入的理想電壓表.如果要求在測(cè)量中,風(fēng)速?gòu)牧汩_(kāi)始增加,電壓表的示數(shù)也從零開(kāi)始增加,則電壓表的“+”端和“–”端應(yīng)分別連接到電路中的b點(diǎn)和__________點(diǎn)(填“a”“c”或“d”).
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】2018年8月23日,位于廣東東莞的國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)投入正式運(yùn)行,這一設(shè)施將為諸多領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)有力的研究平合。對(duì)于有關(guān)中子的研究,下面說(shuō)法正確的是
A. 在原子核中,中子和質(zhì)子依靠庫(kù)侖力聚合在一起
B. 在β衰變中,一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子
C. 盧瑟福通過(guò)分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子
D. 一個(gè)氘核和一個(gè)氚核經(jīng)過(guò)核反應(yīng)后生成氦核和中子是裂變反應(yīng)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,帶正電的粒子以一定的初速度v0沿兩板的中線進(jìn)入水平放置的平行金屬板內(nèi),恰好沿下板的邊緣飛出,已知板長(zhǎng)為L,板間的距離為d,板間電壓為U,帶電粒子的電荷量為q,粒子通過(guò)平行金屬板的時(shí)間為t(不計(jì)粒子的重力),則( 。
A. 在前t/2時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)力對(duì)粒子做的功為qU/8
B. 在時(shí)間t內(nèi),電場(chǎng)力對(duì)粒子做的功為qU
C. 粒子的出射速度偏轉(zhuǎn)角tanθ=d/L
D. 在粒子下落前d/4和后d/4的過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為:1
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示為氫原子的能級(jí)圖。一群氫原子處于量子數(shù)n=4的能級(jí)狀態(tài),氫原子可能發(fā)射____種頻率的光子。用n=4的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)輻射的光子照射下表中幾種金屬,對(duì)應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能為____。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
【題目】小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝,每匝可簡(jiǎn)化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于線圈中心軸OO′,線圈繞OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示.矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0,不計(jì)線圈電阻,則發(fā)電機(jī)輸出電壓( )
A. 峰值是e0 B. 峰值是2e0
C. 有效值是Ne0 D. 有效值是Ne0
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