(14分)中心均开有小孔的金属板C、D与边长为d的正方形单匝金属线圈连接,正方形框内有垂直纸面的匀强磁场,大小随时间变化的关系为B=kt(k未知且k>0),E、F为磁场边界,且与C、D板平行。D板正下方分布磁场大小均为B0,方向如图所示的匀强磁场。区域Ⅰ的磁场宽度为d,区域Ⅱ的磁场宽度足够大。在C板小孔附近有质量为m、电量为q的正离子由静止开始加速后,经D板小孔垂直进入磁场区域Ⅰ,不计离子重力。
(1)如果粒子只是在Ⅰ区内运动而没有到达Ⅱ区,那么粒子的速度v满足什么条件?
(2)若改变正方形框内的磁感强度变化率k,离子可从距D板小孔为2d的点穿过E边界离开磁场,求正方形框内磁感强度的变化率k是多少?
(12分)如图所示,在水平向左匀强电场中,有一光滑半圆绝缘轨道竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN连接,半圆轨道所在竖直平面与电场线平行,其半径R = 40cm。一带正电荷的小滑块质量为m =kg,已知小滑块所受电场力,且与水平轨道间的摩擦可忽略,取g = 10m/s2,求:
(1)要小滑块恰能运动到圆轨道的最高点L,滑块应在水平轨道上离N点多远处释放?
(2)这样释放的滑块通过P点时对轨道压力是多大?(P为半圆轨道中点)
(12分)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒的质量均为0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好能保持静止。取g=10m/s2,问:
(1)通过cd棒的电流I是多少?棒ab受到的力F多大?
(2)棒cd每产生Q=0.1J的热量,力F做的功W是多少?
(6分)某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(=5)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图(a),主要实验步骤如下:
①按电路图正确连接电路。
②检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图(b)所示,读得电阻值是____________;
③ 将开关闭合,开关断开,电压表的示数是1.49V;将开关 _______,电压表的示数是1.16V;断开开关。
④使用测得的数据,计算出干电池的内阻是_______(计算结果保留二位有效数字)。
(10分)要测量某导电材料棒的电阻。
①首先用多用电表的欧姆档(倍率为×100)粗测其电阻,指针位置如图(a)所示,其读数为 Ω。
②然后用以下器材用伏安法尽可能精确地 测量其电阻:
A.电流表:量程为0-5mA-25mA,5mA内阻约为10Ω,25mA内阻约为2Ω
B.电压表: 量程为0-3V-15V,3V内阻约为7.2kΩ,15V内阻约为36kΩ
C.滑动变阻器:最大阻值为20Ω,额定电流1A
D.低压直流电源:电压4V,内阻可以忽略
E.电键K,导线若干
按提供的器材,要求测量误差尽可能小,在下面实物图(b)上连接正确的实验电路。
③根据实验的测量数据在坐标系中描点,如图(c)所示。请在图(c)中作出该导电材料棒的伏安特性曲线,则其阻值为 ___ Ω。
如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab。导轨地一端连接电阻R,其他电阻均不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下,金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止起向右运动。则
A.随着ab运动速度的增大,其加速度也增大
B.当ab做加速运动时,外力F做的功等于电路中产生的电能
C.当ab做匀速运动时,外力F做功的功率等于电路中的电功率
D.无论ab做何种运动,它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能