在《共點的兩個力的合成》的實驗中,得到了如圖所示的圖形,圖中P為橡皮條的固定點,O為橡皮條與細(xì)線的結(jié)點,用兩只彈簧秤或用一只彈簧秤時,都將結(jié)點拉到O點,實驗中你要比較的是圖中         和          兩個力的大小和方向,其中         是實驗直接測得的合力。

 

【答案】

F3  F4  F4

【解析】

試題分析:本實驗采用“等效法”,即用一個彈簧將繩套拉到O點,用兩個彈簧互成角度的拉繩套時也拉到O點,這樣兩次拉繩套的作用效果相同,根據(jù)平行四邊形定則做出兩個彈簧拉力的合力,然后和一個彈簧拉繩套時的拉力相比較,從而驗證力的平行四邊形定則,據(jù)此可知實驗中要比較兩個力的大小和方向,其中是實驗直接測得的合力,即一個彈簧拉時的拉力.

考點:考查了共點的兩個力的合成

點評: 該題不見簡單屬于基礎(chǔ)知識題目,在解答有關(guān)實驗題目時,注意其突破口為正確理解實驗原理,只有明確了實驗原理實驗步驟、實驗注意事項等知識才能有更深入的理解.

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)(1)如圖所示,甲圖中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為
 
cm.
(2)如圖乙所示,在探究“共點力合成”的實驗中,橡皮條一端固定于P點,另一端連接兩個彈簧秤,分別用F1與F2拉兩個彈簧秤,將結(jié)點拉至O點.現(xiàn)讓F2大小增大,方向不變,要使結(jié)點仍位于O點,則F1的大小及圖中β(β>90°)角的變化可能是
 

A、增大F1的同時增大β角           B、減小F1的同時減小β角
C、增大F1的同時減小β角           D、減小F1的同時增大β角
(3)某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時,物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系.
①由圖甲中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離S,由游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d,由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過電門1的時間△t1和遮光條通過光電門2的時間△t2,滑塊的加速度的表達(dá)式為
 
.(以上表達(dá)式均用字母表示)
②在本次實驗中,實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量做了6組實驗,得到如下表的實驗數(shù)據(jù),
m(g) a(m/s2
250 1.80
300 1.50
350 1.29
400 1.13
500 0.90
800 0.56
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了a與
1
m
的圖線如圖乙所示,該圖線有一段是彎曲的,試分析圖線彎曲的原因
 

精英家教網(wǎng)

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科目:高中物理 來源:2013屆黑龍江省大慶市第三十五中學(xué)高三第三次月考(期中)物理試卷(帶解析) 題型:實驗題

在互成角度的兩個共點力的合成實驗中,其中的三個實驗步驟如下:
(1)在水平放置的木板上墊一張白紙,把橡皮條的一端固定在木板上,另一端拴兩根細(xì)線,通過細(xì)線同時用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條,使它與細(xì)線的結(jié)點達(dá)到某一位置O點,在白紙上記下O點和兩彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2.
(2)在紙上根據(jù)F1和F2的大小,應(yīng)用平行四邊形定則作圖求出合F.
(3)只用一只彈簧測力計通過細(xì)繩拉橡皮條,使它的伸長量與用兩只彈簧測力計同時拉時相同,記下此時彈簧測力計的讀數(shù)及其方向.
以上三個步驟中均有錯誤或疏漏:
(1)中是                .
(2)中是                .
(3)中是                .
下圖是兩個同學(xué)做“互成角度的兩個力的合成”實驗時得到的結(jié)果。他們得到使橡皮筋的結(jié)點拉到O點時所需的兩個力F1、F2及一個力時的F,并用平行四邊形定則畫出了等效力F’,如圖所示。判斷兩人處理實驗結(jié)果正確的是             。

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

第十部分 磁場

第一講 基本知識介紹

《磁場》部分在奧賽考剛中的考點很少,和高考要求的區(qū)別不是很大,只是在兩處有深化:a、電流的磁場引進(jìn)定量計算;b、對帶電粒子在復(fù)合場中的運動進(jìn)行了更深入的分析。

一、磁場與安培力

1、磁場

a、永磁體、電流磁場→磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

b、磁感強(qiáng)度、磁通量

c、穩(wěn)恒電流的磁場

*畢奧-薩伐爾定律(Biot-Savart law):對于電流強(qiáng)度為I 、長度為dI的導(dǎo)體元段,在距離為r的點激發(fā)的“元磁感應(yīng)強(qiáng)度”為dB 。矢量式d= k,(d表示導(dǎo)體元段的方向沿電流的方向、為導(dǎo)體元段到考查點的方向矢量);或用大小關(guān)系式dB = k結(jié)合安培定則尋求方向亦可。其中 k = 1.0×10?7N/A2 。應(yīng)用畢薩定律再結(jié)合矢量疊加原理,可以求解任何形狀導(dǎo)線在任何位置激發(fā)的磁感強(qiáng)度。

畢薩定律應(yīng)用在“無限長”直導(dǎo)線的結(jié)論:B = 2k ;

*畢薩定律應(yīng)用在環(huán)形電流垂直中心軸線上的結(jié)論:B = 2πkI 

*畢薩定律應(yīng)用在“無限長”螺線管內(nèi)部的結(jié)論:B = 2πknI 。其中n為單位長度螺線管的匝數(shù)。

2、安培力

a、對直導(dǎo)體,矢量式為 = I;或表達(dá)為大小關(guān)系式 F = BILsinθ再結(jié)合“左手定則”解決方向問題(θ為B與L的夾角)。

b、彎曲導(dǎo)體的安培力

⑴整體合力

折線導(dǎo)體所受安培力的合力等于連接始末端連線導(dǎo)體(電流不變)的的安培力。

證明:參照圖9-1,令MN段導(dǎo)體的安培力F1與NO段導(dǎo)體的安培力F2的合力為F,則F的大小為

F = 

  = BI

  = BI

關(guān)于F的方向,由于ΔFF2P∽ΔMNO,可以證明圖9-1中的兩個灰色三角形相似,這也就證明了F是垂直MO的,再由于ΔPMO是等腰三角形(這個證明很容易),故F在MO上的垂足就是MO的中點了。

證畢。

由于連續(xù)彎曲的導(dǎo)體可以看成是無窮多元段直線導(dǎo)體的折合,所以,關(guān)于折線導(dǎo)體整體合力的結(jié)論也適用于彎曲導(dǎo)體。(說明:這個結(jié)論只適用于勻強(qiáng)磁場。)

⑵導(dǎo)體的內(nèi)張力

彎曲導(dǎo)體在平衡或加速的情形下,均會出現(xiàn)內(nèi)張力,具體分析時,可將導(dǎo)體在被考查點切斷,再將被切斷的某一部分隔離,列平衡方程或動力學(xué)方程求解。

c、勻強(qiáng)磁場對線圈的轉(zhuǎn)矩

如圖9-2所示,當(dāng)一個矩形線圈(線圈面積為S、通以恒定電流I)放入勻強(qiáng)磁場中,且磁場B的方向平行線圈平面時,線圈受安培力將轉(zhuǎn)動(并自動選擇垂直B的中心軸OO′,因為質(zhì)心無加速度),此瞬時的力矩為

M = BIS

幾種情形的討論——

⑴增加匝數(shù)至N ,則 M = NBIS ;

⑵轉(zhuǎn)軸平移,結(jié)論不變(證明從略);

⑶線圈形狀改變,結(jié)論不變(證明從略);

*⑷磁場平行線圈平面相對原磁場方向旋轉(zhuǎn)α角,則M = BIScosα ,如圖9-3;

證明:當(dāng)α = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有垂直轉(zhuǎn)軸的的分量Bcosα才能產(chǎn)生力矩…

⑸磁場B垂直O(jiān)O′軸相對線圈平面旋轉(zhuǎn)β角,則M = BIScosβ ,如圖9-4。

證明:當(dāng)β = 90°時,顯然M = 0 ,而磁場是可以分解的,只有平行線圈平面的的分量Bcosβ才能產(chǎn)生力矩…

說明:在默認(rèn)的情況下,討論線圈的轉(zhuǎn)矩時,認(rèn)為線圈的轉(zhuǎn)軸垂直磁場。如果沒有人為設(shè)定,而是讓安培力自行選定轉(zhuǎn)軸,這時的力矩稱為力偶矩。

二、洛侖茲力

1、概念與規(guī)律

a、 = q,或展開為f = qvBsinθ再結(jié)合左、右手定則確定方向(其中θ為的夾角)。安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。

b、能量性質(zhì)

由于總垂直確定的平面,故總垂直 ,只能起到改變速度方向的作用。結(jié)論:洛侖茲力可對帶電粒子形成沖量,卻不可能做功;颍郝鍋銎澚墒箮щ娏W拥膭恿堪l(fā)生改變卻不能使其動能發(fā)生改變。

問題:安培力可以做功,為什么洛侖茲力不能做功?

解說:應(yīng)該注意“安培力是大量帶電粒子所受洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)”這句話的確切含義——“宏觀體現(xiàn)”和“完全相等”是有區(qū)別的。我們可以分兩種情形看這個問題:(1)導(dǎo)體靜止時,所有粒子的洛侖茲力的合力等于安培力(這個證明從略);(2)導(dǎo)體運動時,粒子參與的是沿導(dǎo)體棒的運動v1和導(dǎo)體運動v2的合運動,其合速度為v ,這時的洛侖茲力f垂直v而安培力垂直導(dǎo)體棒,它們是不可能相等的,只能說安培力是洛侖茲力的分力f1 = qv1B的合力(見圖9-5)。

很顯然,f1的合力(安培力)做正功,而f不做功(或者說f1的正功和f2的負(fù)功的代數(shù)和為零)。(事實上,由于電子定向移動速率v1在10?5m/s數(shù)量級,而v2一般都在10?2m/s數(shù)量級以上,致使f1只是f的一個極小分量。)

☆如果從能量的角度看這個問題,當(dāng)導(dǎo)體棒放在光滑的導(dǎo)軌上時(參看圖9-6),導(dǎo)體棒必獲得動能,這個動能是怎么轉(zhuǎn)化來的呢?

若先將導(dǎo)體棒卡住,回路中形成穩(wěn)恒的電流,電流的功轉(zhuǎn)化為回路的焦耳熱。而將導(dǎo)體棒釋放后,導(dǎo)體棒受安培力加速,將形成感應(yīng)電動勢(反電動勢)。動力學(xué)分析可知,導(dǎo)體棒的最后穩(wěn)定狀態(tài)是勻速運動(感應(yīng)電動勢等于電源電動勢,回路電流為零)。由于達(dá)到穩(wěn)定速度前的回路電流是逐漸減小的,故在相同時間內(nèi)發(fā)的焦耳熱將比導(dǎo)體棒被卡住時少。所以,導(dǎo)體棒動能的增加是以回路焦耳熱的減少為代價的。

2、僅受洛侖茲力的帶電粒子運動

a、時,勻速圓周運動,半徑r =  ,周期T = 

b、成一般夾角θ時,做等螺距螺旋運動,半徑r =  ,螺距d = 

這個結(jié)論的證明一般是將分解…(過程從略)。

☆但也有一個問題,如果將分解(成垂直速度分量B2和平行速度分量B1 ,如圖9-7所示),粒子的運動情形似乎就不一樣了——在垂直B2的平面內(nèi)做圓周運動?

其實,在圖9-7中,B1平行v只是一種暫時的現(xiàn)象,一旦受B2的洛侖茲力作用,v改變方向后就不再平行B1了。當(dāng)B1施加了洛侖茲力后,粒子的“圓周運動”就無法達(dá)成了。(而在分解v的處理中,這種局面是不會出現(xiàn)的。)

3、磁聚焦

a、結(jié)構(gòu):見圖9-8,K和G分別為陰極和控制極,A為陽極加共軸限制膜片,螺線管提供勻強(qiáng)磁場。

b、原理:由于控制極和共軸膜片的存在,電子進(jìn)磁場的發(fā)散角極小,即速度和磁場的夾角θ極小,各粒子做螺旋運動時可以認(rèn)為螺距彼此相等(半徑可以不等),故所有粒子會“聚焦”在熒光屏上的P點。

4、回旋加速器

a、結(jié)構(gòu)&原理(注意加速時間應(yīng)忽略)

b、磁場與交變電場頻率的關(guān)系

因回旋周期T和交變電場周期T′必相等,故 =

c、最大速度 vmax = = 2πRf

5、質(zhì)譜儀

速度選擇器&粒子圓周運動,和高考要求相同。

第二講 典型例題解析

一、磁場與安培力的計算

【例題1】兩根無限長的平行直導(dǎo)線a、b相距40cm,通過電流的大小都是3.0A,方向相反。試求位于兩根導(dǎo)線之間且在兩導(dǎo)線所在平面內(nèi)的、與a導(dǎo)線相距10cm的P點的磁感強(qiáng)度。

【解說】這是一個關(guān)于畢薩定律的簡單應(yīng)用。解題過程從略。

【答案】大小為8.0×10?6T ,方向在圖9-9中垂直紙面向外。

【例題2】半徑為R ,通有電流I的圓形線圈,放在磁感強(qiáng)度大小為B 、方向垂直線圈平面的勻強(qiáng)磁場中,求由于安培力而引起的線圈內(nèi)張力。

【解說】本題有兩種解法。

方法一:隔離一小段弧,對應(yīng)圓心角θ ,則弧長L = θR 。因為θ 

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科目:高中物理 來源: 題型:

共點的五個力平衡,則下列說法中不正確的是(  )

A.其中四個力的合力與第五個力等大反向

B.其中三個力的合力與其余的兩個力的合力等大反向

C.五個力的合力為零

D.撤去其中的三個力,物體一定不平衡

【解析】:選D.當(dāng)物體在共點力作用下平衡時,任何一個力與其余力的合力等大反向,故A、B對.共點力平衡的條件是合外力為零,故C對.撤去其中的三個力后,若剩下的兩個力等大反向,則物體仍處于平衡狀態(tài),故D錯.

 

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科目:高中物理 來源:2014屆高一物理共點力作用下物體的平衡單元測試 題型:選擇題

共點的五個力平衡,則下列說法中不正確的是(  )

A.其中四個力的合力與第五個力等大反向

B.其中三個力的合力與其余的兩個力的合力等大反向

C.五個力的合力為零

D.撤去其中的三個力,物體一定不平衡

【解析】:選D.當(dāng)物體在共點力作用下平衡時,任何一個力與其余力的合力等大反向,故A、B對.共點力平衡的條件是合外力為零,故C對.撤去其中的三個力后,若剩下的兩個力等大反向,則物體仍處于平衡狀態(tài),故D錯.

 

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同步練習(xí)冊答案