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(22分)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置,如图所...

(22分)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置,如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0╳10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属内圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π/6。后轮以角速度ω=2π rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。

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(1)当金属条ab进入“扇形” 磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;

(2)当金属条ab进入“扇形” 磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;

(3)从金属条ab进入“扇形” 磁场开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab-t图象;

(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。

 

(1)  (2)见解析(3)见解析(4)不能 【解析】(1)金属条ab在磁场中切割磁感线运动,所构成的回路磁通量变化,设经过时间,磁通量变化率为,由法拉第电磁感应定律得: ① ② 由①②两式并代入数据得:③ 根据右手定则(或愣次定律),可知感应电流方向为。④ (2)通过分析,可得电路为  (3)设电路中的总电阻,根据电路可知⑤ Ab两段电势差为⑥ 设 ab离开磁场区域的时刻为,下一条金属条进入磁场区域的时刻为    ⑦ ⑧ 设轮子转一圈的周期为T,则 T=1s⑨ 在T=1s内,金属条四次进出磁场,后三次与第一次一样。 由上面4式可画出如下图图像 (4)“闪烁“装置不能正常工作。(金属条的电动势远小于小灯泡的额定电压,因此无法正常工作) B增大,E增大,但有限度 r2增大,E增大,但有限度 ω增大,E增大,但有限度 θ增大,E不变。
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(20分)如图所示,二块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上。两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴。调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动,进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点。

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(1)判断墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量;

(2)求磁感应强度B的值;

(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间位置。为了使墨滴仍能到达下板M点应将磁感应强度调至B',则B'的大小为多少?

 

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(16分)为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系,小明同学用石蜡做成两条质量均为m、形状不同的“A鱼”和“B鱼”,如图所示。在高出水面H 处分别静止释放“A鱼”和“B鱼”, “A鱼”竖直下滑hA后速度减为零,“B鱼” 竖直下滑hB后速度减为零。“鱼”在水中运动时,除受重力外还受浮力和水的阻力,已知“鱼”在水中所受浮力是其重力的10/9倍,重力加速度为g,“鱼”运动的位移远大于“鱼”的长度。假设“鱼”运动时所受水的阻力恒定,空气阻力不计。求:

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(1)“A鱼”入水瞬间的速度VA1

(2)“A鱼”在水中运动时所受阻力fA

(3)“A鱼”与“B鱼” 在水中运动时所受阻力之比fA:fB

 

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(10分)在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤、

(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如下表

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用作图法求得该弹簧的劲度系数k =_________________N/m;

(2)某次实验中,弹簧的指针位置如图所示,其读数为_____________N,同时利用(3)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N,请在答题纸上画出这两个共点力的合力F

(3)由图得到F=__________N。

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如题12A-2 图所示,一定质量的理想气体从状态A 经等压过程到状态B. 此过程中,气体压强p =1.0×105 Pa,吸收的热量Q =7.0×102J,求此过程中气体内能的增量.

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密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大. 从分子动理论的角度分析,这是由于分子热运动的 _________增大了. 该气体在温度T1、T2 时的分子速率分布图象如题12A-1 图所示,则T1 _________(选填“大于”或“小于”)T2.

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