【題目】如圖所示,足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,間距為L,一端連接阻值為R的電阻。導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B 。電阻為r的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,其長度恰好等于導(dǎo)軌間距,與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌的電阻可忽略不計。在平行于導(dǎo)軌的恒力F作用下,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動,速度大小為v。
(1)求導(dǎo)體棒兩端的電壓;
(2)通過公式推導(dǎo)驗證:在時間內(nèi),恒力F所做的功W等于電路獲得的電能,也等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(3)從微觀角度看,導(dǎo)體棒MN中的自由電荷會同時參與沿導(dǎo)體棒方向和垂直導(dǎo)體棒方向的兩個分運動,由此會受到兩個相應(yīng)的洛倫茲力,請你通過計算證明:導(dǎo)體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做的總功為零。(為了方便,可認為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷。)
【答案】(1) (2)見解析 (3) 見解析
【解析】
⑴導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢
E = BLv
由閉合電路歐姆定律可得,電路中電流
導(dǎo)體棒兩端電壓
⑵導(dǎo)體棒勻速運動,受力平衡
在時間內(nèi),恒力F做功
電路獲得的電能
電路中產(chǎn)生的焦耳熱
可見,恒力F所做的功等于電路獲得的電能,也等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱Q。
⑶設(shè)自由電荷的電荷量為q,沿導(dǎo)體棒定向移動的速率為。
如圖所示,沿導(dǎo)體棒方向的洛倫茲力
在時間內(nèi),f1做正功
垂直導(dǎo)體棒方向的洛倫茲力
在時間內(nèi),f2做負功
所以,即導(dǎo)體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做的總功為零。
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【題目】2019年7月19日,天宮二號實驗室受控離軌并再入在大氣層,少量殘骸落入南太平洋預(yù)定安全海域,標志著中國載人航天工程空間實驗室階段全部任務(wù)圓滿完成。在實驗期間,成功實現(xiàn)將貨運飛船“天舟一號”與軌道空間站“天宮二號”剛性對接,設(shè)對接后的組合體繞地球做勻速圓周運動,其周期為,離地面的高度為。已知地球半徑為,引力常量為,根據(jù)以上信息可求出
A.組合體的質(zhì)量為B.地球的質(zhì)量為
C.地球表面的重力加速度為D.組合體的向心加速度為
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【題目】如圖所示,圓O處于勻強電場中,其半徑為,ABC為其內(nèi)接等邊三角形,且圓O所在平面與電場線平行。己知三角形各頂點的電勢分別為φA=1V、φB=13V、φC=25V,則
A.電場強度的大小為,方向由C指向A
B.圓心O的電勢為14V
C.圓周上電勢最低點的電勢為4V
D.若將電子由C移到O,電子的電勢能將增加15eV
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【題目】回旋加速器在科學研究中得到了廣泛應(yīng)用,其原理圖如圖所示.D1和D2是兩個中空的半圓形金屬盒,置于與盒面垂直的勻強磁場中,它們接在電壓為U、周期為T的交流電源上,位于D1的圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子(初速度可以忽略),它們在兩盒之間被電場加速.當質(zhì)子被加速到最大動能Ek后,再將它們引出.忽略質(zhì)子在電場中的運動時間,則下列說法中正確的是( )
A.若只增大交變電壓U,則質(zhì)子的最大動能Ek會變大
B.若只增大交變電壓U,則質(zhì)子在回旋加速器中運行的時間會變短
C.若只將交變電壓的周期變?yōu)?/span>2T,仍可用此裝置加速質(zhì)子
D.質(zhì)子第n次被加速前、后的軌道半徑之比為∶
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【題目】某電場線分布如圖所示,P、Q為其中的兩點,其中P點處電場線更密集,關(guān)于帶負電的試探電荷,下列說法正確的是
A.在P點所受電場力大于在Q點所受電場力
B.從P點移動到Q點,電場力做正功
C.在P點的電勢能小于在Q點的電勢能
D.從P點由靜止釋放后沿電場線運動到Q點
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【題目】如圖所示,某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗中,由電磁式打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶,紙帶上兩相鄰計數(shù)點之間還有四個計時點,其中s1=7.05cm、s2=7.68cm、s3=8.33cm、s4=8.95cm、s5=9.61cm、s6=10.25cm,已知該打點計時器的頻率 f=50Hz,則:
(1)相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔_________________s,
(2)A點處瞬時速度的大小是 vA=_____m/s
(3)小車運動的加速度計算表達式為 a=____m/s2.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
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【題目】我國處在地球的北半球,飛機在我國上空勻速地巡航,機翼保持水平,飛機高度不變,由于地磁場的作用,金屬機翼上有電勢差.設(shè)左側(cè)機翼末端處的電勢為φ1,右側(cè)機翼末端處的電勢為φ2,則( )
A.飛機從西向東飛時,φ1比φ2高
B.飛機從東向西飛時,φ2比φ1高
C.飛機從南向北飛時,φ1比φ2高
D.飛機從北向南飛時,φ2比φ1高
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【題目】如圖,在足夠長的光滑水平面上,物體A、B、C位于同一直線上,A位于B、C之間.A的質(zhì)量為m,B、C的質(zhì)量都為M,三者均處于靜止狀態(tài).現(xiàn)使A以某一速度向右運動,求m和M之間應(yīng)滿足什么條件,才能使A只與B、C各發(fā)生一次碰撞.設(shè)物體間的碰撞都是彈性的.
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【題目】“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖所示。
(1)實驗中,下面哪些測量工具是必需的_____。
A.天平 B.直流電源 C.刻度尺 D.秒表
(2)實驗中選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示,O為紙帶下落的起始點,A、B、C為紙帶上選取的三個連續(xù)點。計算B點瞬時速度時,甲同學用,乙同學用vB=,其中所選方法正確的是_____(選填“甲”或“乙”)同學。
(3)實驗中,發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動能,造成這種現(xiàn)象的原因是(回答出其中一條即可)_____。
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