【題目】磁流體發(fā)電具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動快捷、環(huán)保且無需轉(zhuǎn)動機(jī)械等優(yōu)勢。如圖所示,是正處于研究階段的磁流體發(fā)電機(jī)的簡易模型圖,其發(fā)電通道是一個(gè)長方體空腔,長、高、寬分別為l、a、b,前后兩個(gè)側(cè)面是絕緣體,上下兩個(gè)側(cè)面是電阻可忽略的導(dǎo)體電極,這兩個(gè)電極通過開關(guān)與阻值為R的某種金屬直導(dǎo)體MN連成閉合電路,整個(gè)發(fā)電通道處于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直紙面向里。高溫等離子體以不變的速率v水平向右噴入發(fā)電通道內(nèi),發(fā)電機(jī)的等效內(nèi)阻為r,忽略等離子體的重力、相互作用力及其他因素。
(1)求該磁流體發(fā)電機(jī)的電動勢大小E;
(2)當(dāng)開關(guān)閉合后,整個(gè)閉合電路中就會產(chǎn)生恒定的電流。
a.要使等離子體以不變的速率v通過發(fā)電通道,必須有推動等離子體在發(fā)電通道內(nèi)前進(jìn)的作用力。如果不計(jì)其它損耗,這個(gè)推力的功率PT就應(yīng)該等于該發(fā)電機(jī)的總功率PD,請你證明這個(gè)結(jié)論;
b.若以該金屬直導(dǎo)體MN為研究對象,由于電場的作用,金屬導(dǎo)體中自由電子定向運(yùn)動的速率增加,但運(yùn)動過程中會與導(dǎo)體內(nèi)不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電子定向運(yùn)動的平均速率不隨時(shí)間變化。設(shè)該金屬導(dǎo)體的橫截面積為s,電阻率為,電子在金屬導(dǎo)體中可認(rèn)為均勻分布,每個(gè)電子的電荷量為e。求金屬導(dǎo)體中每個(gè)電子所受平均阻力的大小f。
【答案】(1)Bav (2)a.略;b.
【解析】試題分析:(1)當(dāng)外電路斷開時(shí),極板間的電壓大小等于電動勢。此時(shí),發(fā)電通道內(nèi)電荷量為q的離子受力平衡。有:
①
可得: ②(3分)
(2)a.當(dāng)電鍵閉合,由歐姆定律可得: ③
該電流在發(fā)電通道內(nèi)受到的安培力大小為: ④
要使等離子體做勻速直線運(yùn)動,所需的推力為: ⑤
推力F的功率為: ⑥
聯(lián)立②③④⑤⑥可得: ⑦
閉合電路中發(fā)電機(jī)的總功率為: ⑧
聯(lián)立②③⑧可得: ⑨
由⑦⑨可得:
可見,推力的功率就等于該發(fā)電機(jī)的總功率。
b.方法一:
設(shè)金屬導(dǎo)體R內(nèi)電子運(yùn)動的平均速率為v1,單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n, t時(shí)間內(nèi)有N個(gè)電子通過電阻的橫截面,則:
⑩
t時(shí)間內(nèi)通過橫截面的電荷量為: 11
電流為: 12
聯(lián)立②③⑩1112 式可得:
設(shè)金屬導(dǎo)體中的總電子數(shù)為N1,長度為d,由于電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)可視為勻速直線運(yùn)動,所以電場力的功率(電功率)應(yīng)該等于所有電子克服阻力f做功的功率,即:
13
14
由電阻定律得: 15
聯(lián)立②③131415 式可得: 16
方法二:設(shè)金屬導(dǎo)體的長度為d,電阻為R,由電阻定律得: 17
金屬導(dǎo)體兩端的電壓為: 18
金屬導(dǎo)體內(nèi)的電場可看作勻強(qiáng)電場,設(shè)場強(qiáng)大小為E0,則: 19
電子在金屬導(dǎo)體內(nèi)勻速直線運(yùn)動,阻力等于電場力,則: 20
聯(lián)立②③17181920 式可得:
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】浙江寧波慈溪方特歡樂世界的“跳樓機(jī)”游戲,以驚險(xiǎn)刺激深受年輕人的歡迎,它的基本原理是將巨型娛樂器械由升降機(jī)送到離地面100m的高處,然后讓座艙自由落下。落到離地面20 m高時(shí),制動系統(tǒng)開始啟動,使座艙均勻減速,到達(dá)地面時(shí)剛好停下。某次游戲中,座艙中小明用手托著重5N的蘋果,(取g=10m/s2)試求:
(1)此過程中的最大速度是多少?
(2)當(dāng)座艙落到離地面40m的位置時(shí),手對蘋果的支持力?
(3)當(dāng)座艙落到離地面15m的位置時(shí),蘋果對手的壓力?
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,位于豎直面內(nèi)的曲線軌道的最低點(diǎn)B的切線沿水平方向,且與一位于同一豎直面內(nèi)、半徑R=0.90m的光滑圓形軌道平滑連接,F(xiàn)有一質(zhì)量m=0.20kg的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)) ,從位于軌道上的A點(diǎn)由靜止開始滑下,滑塊經(jīng)B點(diǎn)后恰好能通過圓形軌道的最高點(diǎn)C。已知A點(diǎn)到B點(diǎn)的高度h=2.5m,重力加速度g=10m/s2,空氣阻力可忽略不計(jì),求:
(1)滑塊通過C點(diǎn)時(shí)的速度大。
(2)滑塊通過圓形軌道B點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大。
(3)滑塊從A點(diǎn)滑至B點(diǎn)的過程中,克服摩擦阻力所做的功。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,是一種電子擴(kuò)束裝置的原理示意圖.直角坐標(biāo)系原點(diǎn)O處有一電子發(fā)生器,朝xOy平面內(nèi)x≥0區(qū)域任意方向發(fā)射電子,電子的速率均為v0,已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為m.在0≤x≤d的區(qū)域內(nèi)分布著沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)大小E=,在x>d區(qū)域內(nèi)分布著足夠大且垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=. ab為一塊很大的平面感光板,在磁場內(nèi)平行于y軸放置,電子打到板上時(shí)會在板上形成一條亮線.不計(jì)電子的重力和電子之間的相互作用.
(1)求電子進(jìn)入磁場時(shí)速度的大;
(2)當(dāng)感光板ab沿x軸方向移到某一位置時(shí),恰好沒有電子打到板上,求感光板到y軸的距離x;
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】圖所示為一個(gè)小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈的長度,寬度,共有匝,總電阻,可繞與磁場方向垂直的對稱軸轉(zhuǎn)動.線圈處于磁感應(yīng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場中,與線圈兩端相連的金屬滑環(huán)上接一個(gè)“, ”的燈泡,當(dāng)線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時(shí),小燈泡消耗的功率恰好為.(不計(jì)轉(zhuǎn)動軸與電刷的摩擦)
()推導(dǎo)發(fā)電機(jī)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值的表達(dá)式(其中表示線圈的面積).
()求線圈轉(zhuǎn)動的角速度.
()線圈以上述角速度轉(zhuǎn)動周過程中發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能.
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】某公共汽車的運(yùn)行非常規(guī)則,先由靜止開始勻加速啟動,當(dāng)速度達(dá)到v1=10 m/s時(shí)再做勻速運(yùn)動,進(jìn)站前開始勻減速制動,在到達(dá)車站時(shí)剛好停住.公共汽車在每個(gè)車站停車時(shí)間均為Δt=25 s,然后以同樣的方式運(yùn)行至下一站.已知公共汽車在加速啟動和減速制動時(shí)加速度大小都為a=1 m/s2,而所有相鄰車站間的行程都為s=600 m,有一次當(dāng)公共汽車剛剛抵達(dá)某一個(gè)車站時(shí),一輛速度大小恒定為v2=6 m/s的電動車已經(jīng)過該車站向前運(yùn)動了t0=60 s,已知該電動車行進(jìn)路線、方向與公共汽車完全相同,不考慮其他交通狀況的影響,試求:
(1)公共汽車從車站出發(fā)至到達(dá)下一站所需的時(shí)間t是多少?
(2)若從下一站開始計(jì)數(shù),公共汽車在剛到達(dá)第n站時(shí),電動車也恰好同時(shí)到達(dá)此車站,n為多少?
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】小球從靠近豎直磚墻的某位置由靜止釋放,用頻閃方法拍攝的小球位置如下圖中1、2、3和4所示。已知連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔均為T,每塊磚的厚度為d。由此可知小球( )
A. 下落過程中的加速度大小約為
B. 經(jīng)過位置3時(shí)的瞬時(shí)速度大小約為
C. 經(jīng)過位置4時(shí)的瞬時(shí)速度大小約為
D. 從位置1到4過程中的平均速度大小約為
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【題目】如圖所示,A、B、C為勻強(qiáng)電場中的三個(gè)點(diǎn),已知∠CAB=60°,AB=2AC=2cm,將一帶電量為q=3×10-5C的正電荷從A點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做功6×10-5J,則下列說法正確的是
A. C點(diǎn)電勢為2V
B. 電場強(qiáng)度E沿AB方向由A→B,大小為400N/C
C. 該正電荷在B點(diǎn)具有的電勢能為2.4×10-4J
D. 將該正電荷從C點(diǎn)移到B點(diǎn),電勢能增加了1.8×10-4J
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