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如图所示,MN、PQ为倾斜放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距L为0.5m,倾角...

如图所示,MN、PQ为倾斜放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距L为0.5m,倾角θ为30°,底端连接电阻R为2.0Ω,MC与PD长度均为4.5m,电阻均为2.25Ω,且均匀分布,其余部分电阻不计,整个装置处在磁感应强度B为2.0T,方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。导轨底部垂直导轨放置一根质量m为0.2kg的金属棒,且与导轨接触良好,不计金属棒电阻,现在对金属棒施加一平行导轨向上的拉力F,使其从静止开始以1.0m/s2的加速度沿导轨向上做匀加速直线运动,g=10m/s2

(1)从金属棒开始运动时计时,求金属棒上电流大小的表达式;

(2)从开始运动至到达CD位置过程中,拉力F的最大值是多少?

(3)如果金属棒运动到CD位置时撤去拉力F,且金属棒从离开CD位置到速度减小为0经历的时间是0.5s,求这0.5s内系统产生的热量(忽略电磁辐射)。

 

(1)0≤t<3s时,(A);t≥3s时, (A)(2)1.7N(3)0.25J 【解析】(1)由运动学公式得,解得t1=3s 设MC段电阻为r,由电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得 0≤t<3s时,(A) t≥3s时,(A) (2)由(1)可知,金属棒到达CD位置的时间为=3s. 由安培力公式得: 由牛顿定律得: 联立解得: 由数学知识知,当,即当t=2s时,有最小值,有最大值,力F有最大值,又因为此时,符合题目条件, 故此时的F值就是该过程中的最大值,即Fm=1.7N (3)设金属棒由CD位置向上滑行距离S时速度减为零,此过程初速度为: 上滑过程的加速度 代入数据得:S=0.65m 设系统产生的热量为Q,由能量守恒得 代入数据解得Q=0.25J。 【点睛】本题涉及匀变速直线运动和非匀变速直线运动,对于匀变速直线运动,采用电磁感应与运动学公式、牛顿第二定律结合的方法进行研究,而对于非匀变速运动,要学会运用微元法求解金属棒滑行的距离,其切入口是速度与加速度的关系式.  
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我国将于2022年举办冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。如图所示,质量m=60kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始,在无助力的情况下以加速度a=3.6m/s2匀加速滑下,到达B点时速度vB=24m/s,A与B的竖直高度差H=48m。为了改变运动员的运动方向,在助滑道与起跳台D点之间用一段弯曲滑道BCD衔接,B与C点的高度差h=5m,C与D点的高度差h′=4m,忽略BCD上的摩擦,g取10m/s2。求:

(1)运动员离开起跳台时的速度vD

(2)AB段的倾斜角度;

(3)运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小;

 

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国标(GB/T)规定自来水在15℃ 时电阻率应大于13Ω•m.某同学利用图甲电路测量15℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动.实验器材还有:

电源(电动势约为3V,内阻可忽略),

电压表V1(量程为3V,内阻很大),

电压表V2(量程为3V,内阻很大),

定值电阻R1(阻值4kΩ),

定值电阻R2(阻值2kΩ),

电阻箱R(最大阻值9 999Ω),

单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺.

实验步骤如下:

A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d;

B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;

C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;

D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R

E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R

F.断开S,整理好器材.

(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙,则d=__mm.

(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为:Rx=__(用R1R2R表示).

(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图丙所示的R﹣关系图象.自来水的电阻率ρ=__Ω•m(保留两位有效数字).

(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将__(填“偏大”或“偏小”).

 

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如图所示,为某学生实验小组拍摄的某小球做自由落体运动的完整频闪照片,已知闪光灯每秒钟闪n次,试写出当地重力加速度g两个表达式,g1____________(用nh1h2h3和数字表示),g2_____________(用n,数字和h1h2h3表示)。如果已知当地重力加速度为g,则用这个实验验证机械能守恒的表达式____________

 

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图中四个物体由六个金属圆环组成,圆环所用材质和半径都相同。2环较细,其余五个粗环粗细相同,3和4分别由两个相同粗环焊接而成,在焊点处沿两环环心连线方向割开一个小缺口(假设缺口处对环形、质量和电阻的影响均不计)。四个物体均位于竖直平面内。空间存在着方向水平且与环面垂直、下边界为过MN的水平面的匀强磁场。1、2、3的下边缘均与MN相切,4的两环环心连线竖直,小缺口位于MN上。已知圆环的半径远大于导线的直径。现将四个物体同时由静止释放,则:

A. 1先于2离开磁场

B. 离开磁场时2和3的速度相等

C. 在离开磁场的过程中,1和3产生的焦耳热一样多

D. 在离开磁场的过程中,通过导线横截面的电量,1比4多

 

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将一块长方体形状的半导体材料样品的表面垂直磁场方向置于磁场中,当此半导体材料中通有与磁场方向垂直的电流时,在半导体材料与电流和磁场方向垂直的两个侧面会出现一定的电压,这种现象称为霍尔效应,产生的电压称为霍尔电压,相应的将具有这样性质的半导体材料样品就称为霍尔元件。如图所示,利用电磁铁产生磁场,毫安表检测输入霍尔元件的电流,毫伏表检测霍尔元件输出的霍尔电压。已知图中的霍尔元件是P型半导体,与金属导体不同,它内部形成电流的“载流子”是空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子)。图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后,电流表A和电表B、C都有明显示数,下列说法中正确的是:

A. 电表B为毫伏表,电表C为毫安表

B. 接线端2的电势高于接线端4的电势

C. 若调整电路,使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反,但大小不变,则毫伏表的示数将保持不变

D. 若适当减小R1、增大R2,则毫伏表示数一定增大

 

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