如图所示为示波管的结构原理图,加热的阴极K发出的电子(初速度可忽略不计)经电势差为U0的AB两金属板间的加速电场加速后,从一对水平放置的平行正对带电金属板的左端中心点沿中心轴线射入金属板间(垂直于荧光屏M),两金属板间偏转电场的电势差为U,电子经偏转电场偏转后打在右侧竖直的荧光屏M上。整个装置处在真空中,加速电场与偏转电场均视为匀强电场,忽略电子之间的相互作用力,不考虑相对论效应。已知电子的质量为m,电荷量为e;加速电场的金属板AB间距离为d0;偏转电场的金属板长为L1,板间距离为d,其右端到荧光屏M的水平距离为L2。
(1)电子所受重力可忽略不计,求:
①电子从加速电场射入偏转电场时的速度大小v0;
②电子打在荧光屏上的位置与O点的竖直距离y;
③在偏转电场中,若单位电压引起的偏转距离称为示波管的灵敏度,该值越大表示示波管的灵敏度越高。在示波管结构确定的情况下,为了提高示波管的灵敏度,请分析说明可采取的措施。
(2)在解决一些实际问题时,为了简化问题,常忽略一些影响相对较小的量,这对最终的计算结果并没有太大的影响,因此这种处理是合理的。如计算电子在加速电场中的末速度v0时,可以忽略电子所受的重力。请利用下列数据分析说明为什么这样处理是合理的。已知U0=125V,d0=2.0×10-2m,m=9.0×10-31kg,e=1.6×10-19C,重力加速度g=10m/s2。
如图所示为一交流发电机的原理示意图,装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场,发电机的矩形线圈abcd在磁场中,图中abcd分别为矩形线圈的四个顶点,其中的c点被磁铁遮挡而未画出。线圈可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动。为了便于观察,图中发电机的线圈只画出了其中的1匝,用以说明线圈两端的连接情况。线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上;用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab边和cd边的长度L1=50cm,bc边和ad边的长度L2=20cm,匝数n=100匝,线圈的总电阻r=5.0Ω,线圈转动的角速度ω=282rad/s,外电路的定值电阻R=45Ω,匀强磁场的磁感应强度B=0.05T。电流表和电压表均为理想电表,滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计,计算中取π=3.14,=1.41。
(1)请推导出线圈在匀速转动过程中感应电动势最大值Em的表达式(用题中已知物理量的符号表示),并求出此最大值;
(2)求电流表的示数I;
(3)求维持线圈匀速转动1圈,所需外力做的功W(结果保留3位有效数字)。
如图所示,长为l的绝缘轻细线一端固定在O点,另一端系一质量为m的带电小球,小球静止时处于O点正下方的点。现将此装置放在水平向右的匀强电场中,电场强度大小为E,带电小球静止在A点时细线与竖直方向成θ角。已知电场的范围足够大,空气阻力可忽略不计,重力加速度为g。
(1)请说明小球所带电荷的电性,并求小球所带的电荷量q;
(2)若将小球从点由静止释放,求小球运动到A点时的动能Ek;
(3)若将小球从点由静止释放,其运动到A点时细线突然断开,试定性分析说明小球此后做什么样的运动。
如图所示,宽度L=0.40 m的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,导轨的一端连接阻值R=1.5Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.50 T。一根导体棒MN放在导轨上,两导轨之间的导体棒的电阻r=0.5Ω,导轨的电阻可忽略不计。现用一垂直于导体棒的水平拉力拉动导体棒使其沿导轨以v=10 m/s的速度向右匀速运动,在运动过程中保持导体棒与导轨垂直且接触良好。空气阻力可忽略不计,求:
(1)通过导体棒的电流I,并说明通过导体棒的电流方向;
(2)作用在导体棒上的拉力大小F;
(3)电阻R的电功率P。
现有两组同学要测定一节干电池的电动势E和内阻r(已知E约为1.5V,r约为1Ω)。
(1)第一组采用图所示电路。
①为了完成该实验,选择实验器材时,在电路的a、b两点间可接入的器件是_______。
A.一个定值电阻 B.电阻箱 C.滑动变阻器
②为了调节方便且测量精度更高,电流表和电压表应选____(选填选项前的字母)。
A.电流表(0~0.6A),电压表(0~3V) B.电流表(0~0.6A),电压表(0~15V)
C.电流表(0~3A),电压表(0~3V) D.电流表(0~3A),电压表(0~15V)
③经过多次测量,他们记录了多组电流表示数I和电压表示数U,并在图中画出了U-I图像。由图像可以得出,此干电池的电动势的测量值E=_______V(保留三位有效数字),内阻的测量值r=_______Ω(保留两位有效数字)。
(2)第二组在没有电压表的情况下,设计了如图所示的电路,完成了对同一电池的测量。
①改变电阻箱接入电路中的电阻值,记录了多组电流表示数I和电阻箱示数R,通过研究图像的信息,他们发现电动势的测量值与第一组的结果非常接近,但是内阻的测量值与第一组的结果有明显偏差。将上述实验重复进行了若干次,结果依然如此。关于第二组测量内阻产生的偏差及其原因,下列分析中正确的是_______(选填选项前的字母)。
A.第二组内阻的测量结果小于第一组的测量结果
B.第二组内阻的测量结果大于第一组的测量结果
C.造成这个偏差的原因是实际电流表内阻不能近似为零
D.造成这个偏差的原因是实验小组读取电流表读数时眼睛没有正对表盘,使读数有时候偏大,有时候偏小
②第二组对实验进行深入的理论研究,在是否可忽略电流表内阻这两种情况下,绘制两类图像。第一类图像以电流表读数I为横坐标,将电流表和电阻箱读数的乘积IR记为U作为纵坐标。第二类图像以电阻箱读数R为横坐标,电流表读数的倒数为纵坐标。图中实线代表电流表内阻可忽略的情况,虚线代表电流表内阻不可忽略的情况,这四幅图中,能正确反映相关物理量之间关系的是_______(选填选项前的字母)。
A. B. C. D.
某同学利用多用电表的欧姆挡测量未知电阻阻值以及判断二极管的正负极。
(1)他选择“100”倍率的欧姆挡按照正确的步骤测量未知电阻时,发现表针偏转角度很大,如图中虚线①的位置所示。为了能获得更准确的测量数据,他应该将倍率调整到_______的挡位(选填“10”或“1k”);并把两支表笔直接接触,调整“欧姆调零旋钮”,使表针指向_____。调整好此挡位的欧姆表后再正确测量上述未知电阻,表针指在如图中虚线②的位置,则未知电阻的测量值为________。
(2)若用已调好的多用电表欧姆挡“10”挡来探测一只二极管的正、负极(如图所示)。当两表笔分别接二极管的正、负极时,发现表针几乎不发生偏转(即指示电阻接近无限大);再将两表笔与二极管两极的连接情况对调,发现表针指在如图中的虚线①的位置,此时红表笔接触的是二极管的_____极(选填 “正”或“负”)。