开普勒第三定律指出:所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,即,其中a表示椭圆轨道半长轴,T表示公转周期,比值c是一个对所有行星都相同的常量。牛顿把该定律推广到宇宙中一切物体之间,提出了万有引力定律:
(1)开普勒第三定律对于轨迹为圆形和直线的运动依然适用。圆形轨迹可以认为中心天体在圆心处,半长轴为轨迹半径。直线轨迹可以看成无限扁的椭圆轨迹,此时中心天体在轨迹端点,半长轴为轨迹长度的。已知:某可视为质点的星球质量为M,引力常量为G。一物体与星球的距离为r。该物体在星球引力作用下运动,其他作用力忽略不计。
a.若物体绕星球作匀速圆周运动,请你推导该星球的引力系统中常量c的表达式;
b.若物体由静止开始做直线运动。求物体到达星球所经历的时间;
(2)万有引力和静电引力是自然界中典型的两种引力,库仑定律和万有引力定律均遵循“平方反比”规律,类比可知,带电粒子在电场中的运动也遵循开普勒第三定律。两个点电荷带电量分别为+Q和-Q,质量均为m,从相距为2l的两点由静止释放,在静电引力的作用下运动,其他作用力忽略不计。静电力常量为k。求两点电荷从开始释放到相遇的时间。
如图所示,在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中,足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内,相距为L,一端连接阻值为R的电阻。导体棒MN放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动。
(1)求导体棒匀速运动过程中流经R的电流_________;
(2)通过公式推导:在t时间内,F对导体棒MN所做的功W等于电路获得的电能________;
(3)楞次定律是电磁感应过程中判断感应电流方向的重要定律。楞次定律本质上是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现:
a.由楞次定律可知导体棒MN中感应电流方向为_______;(选填“M到N”或“N到M”)
b.试说明感应电流的方向是能量守恒定律的必然结果_________。
如图所示,在竖直平面内,半径为R的光滑圆弧轨道AB与光滑水平桌面BC平滑相连。桌面与水平地面的高度差为R。质量为m的小物块从圆弧轨道的顶点A由静止释放,取重力加速度为g,不计空气阻力。求:
(1)小物块在B点时的速度大小;
(2)小物块运动到圆弧轨道末端时对轨道的压力大小FN;
(3)小物块落地时速度v的大小和方向。
场是物质存在的一种形式。我们可以通过物体在场中的受力情况来研究场的强弱等特点。将电流元IL垂直于磁场方向放入磁场中某处时,电流元所受到的磁场力F与电流元之比叫做该点的磁感应强度,即:
(1)请根据磁感应强度的定义特点写出电场强度的定义,并说明各物理量的含义;
(2)请根据磁感应强度的定义特点写出重力场强度的定义,并说明各物理量的含义。
(1)甲同学利用电流表、电压表等实验器材测量一节干电池A的电动势EA和内阻rA,实验电路图如图(甲)所示:
①现有电流表(0~0.6A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A.电压表(0~15V) B.电压表(0~3V)
C.滑动变阻器(0~50Ω) D.滑动变阻器(0~~500Ω)
为减小测量误差,在实验中,电压表应选用____;滑动变阻器应选用____;(选填相应器材前的字母);
②实验时改变滑动变阻器滑片的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。根据实验数据画出U-I图线,如图(乙)所示。由图像可得:电动势EA=____V,内阻rA=____Ω;
(2)乙同学利用电流表、电阻箱等实验器材测量一节干电池B的电动势EB和内阻rB,实验电路图如图(甲)所示。实验时多次改变电阻箱的阻值R,记录电流表的示数I,根据实验数据画出图线,如图(乙)所示。由图像可得:电动势EB=____V,内阻rB=____Ω;
(3)若用阻值为3Ω的电阻先后与电池A和电池B连接,则两个电池的输出功率PA、PB中最接近电池最大输出功率的是____(选填“PA”或“PB”)。
利用如图(甲)所示装置做“验证机械能守恒定律”实验:
(1)通过比较重物在某两点间动能增加量Ek与重力势能减少量Ep就能验证机械能是否守恒。实验中,先接通电源,再释放重物,得到如图(乙)所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。重物的质量用m表示,已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。从打O点到打B点的过程中,重物的ΔEp=___________;ΔEk=___________;
(2)某同学采用上述实验方法进行实验,最终得到ΔEp与ΔEk并不完全相等,请简述原因_______。