如圖所示,金屬桿ab放在兩水平放置的長直平行金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌電阻不計,導(dǎo)軌間的寬度為1.0m,其間有豎直向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=1.0T,現(xiàn)用導(dǎo)線與插入電解槽中的兩惰性電極C,D相連,回路的總電阻為2Ω,電解液為500mL的CuSO4溶液,現(xiàn)對棒施加一大小為3N的水平恒力,棒恰好開始運動,最后達到穩(wěn)定狀態(tài),從棒開始運動到棒達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中,C,D中的某電極增重3.2mg.(設(shè)電解時該電極無氫氣析出,且不考慮水解和溶液體積的變化)

(1)寫出電極D的反應(yīng)式;
(2)寫出電解CuSO4溶液的化學(xué)方程式;
(3)棒達到穩(wěn)定狀態(tài)時的速度為多大?
(4)ab棒剛達到穩(wěn)定速度時,溶液中氫離子濃度約為多少?
(5)從棒開始運動到達到穩(wěn)定過程中,棒ab移動的距離?
 
(1)4OH-4e=O2↑+2H2O.
(2)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2
(3) v=6m/s    (4) 2×10-4mol/L    (5) 19.2m

巧解分析:導(dǎo)體在外力作用下運動,導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,由物理知識得出電極正負,再結(jié)合化學(xué)知識解答.
  (1)ab棒在外力作用下向右運動,導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生,由右手定則可知C為陰極,D為陽極,電解槽中的離子為Cu2+,,H+,OH,在陰極Cu2+比H+易得到電子;在陽極,OH易失去電子,D極的電極反應(yīng)式為:4OH-4e=O2↑+2H2O.
  (2)化學(xué)反應(yīng)方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑.
  (3)棒最終做勻速運動,即為穩(wěn)定狀態(tài),滿足:F=BIl=B··l
  代入數(shù)據(jù)得:v=6m/s.
  (4)根據(jù)電解反應(yīng)關(guān)系式Cu2H+可知,每生成64g Cu將同時生成2mol H+,故
  [H+]==2×10-4mol/L.
  (5)由電極C的電極反應(yīng)式Cu2++2e=Cu可知,每生成1mol Cu需要2mol電子,而在該過程中生成的銅為:=5×10-5mol.
  故其間有q=2×1.6×10-19×6.02×1023×5×10-5=9.63C的電量流過棒ab,則由
  q=IΔt=,得s==19.2m.
★ 試題錯析: 思維診斷:本題綜合程度較高,而解決這類問題的關(guān)鍵就是要抓住通過電解液的電量這一物理、化學(xué)知識聯(lián)系的交叉點.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖12-62所示,兩根足夠長且電阻不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌,固定在同一水平面上,勻強磁場垂直于導(dǎo)軌所在的平面.兩根質(zhì)量均為m且電阻不相同的金屬桿甲和乙跨放在導(dǎo)軌上,兩金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直.現(xiàn)在在金屬桿甲上加一個與金屬桿甲垂直且水平向右的恒力F,使金屬桿甲從靜止開始沿導(dǎo)軌向右滑動.與此同時,在金屬桿乙上加上另外一個與金屬桿乙垂直且水平向左的拉力,該拉力的功率恒為P,使金屬桿乙也由靜止開始沿導(dǎo)軌向左滑動.已知經(jīng)過時間t,甲桿位移為s,兩金屬桿上產(chǎn)生的焦耳熱之和為Q,此時兩桿剛好都勻速運動,在該時刻立即撤去作用在乙上的拉力.試求在以后的過程中,甲、乙兩桿組成的系統(tǒng),最多還能產(chǎn)生多少焦耳熱?

圖12-62

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題



閉合線圈abcd用絕緣硬竿懸于O點,虛線表示有界磁場B。把線圈從圖示位置釋放后使其擺動,不計其他阻力,線圈將很快就停在豎直方向平衡而不再擺動,這是為什么?

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖所示為足夠長的光滑斜面導(dǎo)軌MM'和NN',斜面的傾角θ=30°,導(dǎo)軌相距為d,上端M和N用導(dǎo)線相連,并處于垂直斜面向上的均勻磁場中,磁場的磁感強度的大小隨時間t的變化規(guī)律為=kt,其中k為常數(shù)。質(zhì)量為m的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放在M、N附近,從靜止開始下滑,通過的路程為L時,速度恰好達到最大,此時磁場的磁感強度的大小為.設(shè)金屬棒的電阻為R,導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻不計。求:

(1)金屬棒達到的最大速度
(2)金屬棒從靜止開始下滑L的過程中所產(chǎn)生的熱量。
 

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸轉(zhuǎn)動,線圈共100匝,轉(zhuǎn)速為(10/π)r/s,在轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈磁通量的最大值為0.03Wb,則線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時,感應(yīng)電動勢為多少?當線圈平面轉(zhuǎn)到與中性面夾角為π/3時,感應(yīng)電動勢為多少?

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖所示,xoy坐標系y軸左側(cè)和右側(cè)分別有垂直于紙面向外、向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度均為B,一個圍成四分之一圓形的導(dǎo)體環(huán)oab,其圓心在原點o,半徑為R,開始時在第一象限。從t=0起繞o點以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動。試畫出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電動勢E隨時間t而變的函數(shù)圖象(以順時針電動勢為正)。

 

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

據(jù)報道,1992年7月,美國"阿特蘭蒂斯"號航天飛機進行了一項衛(wèi)星懸繩發(fā)電實驗取得部分成功.航天飛機在地球赤道上空離地面約3400km處由東向西飛行,從航天飛機上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星,攜帶一根長20km,電阻為800W的金屬懸繩,使這根懸繩與地磁場垂直,做切割磁感線運動,假定這一范圍內(nèi)的地磁場是均勻的,磁感應(yīng)強度約為,且認為懸繩上各點的切割速度都與航天飛機的速度相同,根據(jù)理論設(shè)計,通過電離層(由等離子體組成)的作用,懸繩可產(chǎn)生約3A的感應(yīng)電流,試求:
(1)航天飛機相對于地面的大約速度?(地表面重力加速度為,地球半徑為6400km)
(2)懸線中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢?
(3)懸線兩端的電壓?
(4)航天飛機繞地球運行一周懸線輸出的電能?
 

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

用同種材料粗細均勻的電阻絲做成ab、cd、ef三根導(dǎo)線,ef較長,分別放在電阻可忽略的光滑的平行導(dǎo)軌上,如圖12-3-9所示,磁場是均勻的,用外力使導(dǎo)線水平向右作勻速運動(每次只有一根導(dǎo)線在導(dǎo)軌上),而且每次外力做功功率相同,則下列說法正確的是(     )
A.a(chǎn)b運動得最快
B.ef運動得最快
C.導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等
D.每秒鐘產(chǎn)生的熱量不相等

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,兩根相距為d足夠長的平行金屬導(dǎo)軌位于水平的xOy平面內(nèi),導(dǎo)軌與x軸平行,一端接有阻值為R的電阻.在x>0的一側(cè)存在豎直向下的勻強磁場,一電阻為r的金屬直桿與金屬導(dǎo)軌垂直放置,且接觸良好,并可在導(dǎo)軌上滑動.開始時,金屬直桿位于x=0處,現(xiàn)給金屬桿一大小為v0、方向沿x軸正方向的初速度.在運動過程中有一大小可調(diào)節(jié)的平行于x軸的外力F作用在金屬桿上,使金屬桿保持大小為a,方向沿x軸負方向的恒定加速度運動.金屬導(dǎo)軌電阻可忽略不計.求:

⑴金屬桿減速過程中到達x0的位置時,金屬桿的感應(yīng)電動勢E;
⑵回路中感應(yīng)電流方向發(fā)生改變時,金屬桿在軌道上的位置;
⑶若金屬桿質(zhì)量為m,請推導(dǎo)出外力F隨金屬桿在x軸上的位置(x)變化關(guān)系的表達式.

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