洛伦兹力演示仪可以演示电子在匀强磁场中的运动径迹。图甲为洛伦兹力演示仪实物图,图乙为结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈(励磁线圈),当通过励磁线圈的电流为 I 时,线圈之间产生沿线圈轴向、磁感应强度 B=kI (k=1×10-3T/A)的匀强磁场;半径 R=80mm 的圆球形玻璃泡内有电子枪,可通过加速电压 U 对初速度为零的电子加速并连续发射,电子刚好从球心 O 点正下方 40mm 处的 S 点沿水平向左射出。当励磁线圈的电流 I =1A,加速电压 U=160V 时,测得沿顺时针方向运动的电子流径迹直径 D=80mm。试问:
(1)励磁线圈的电流方向如何?为了使电子流径迹的半径增大,可采取哪些措施?
(2)由题中数据可求得电子的比荷 e/m 为多大?
(3)当励磁线圈的电流 I =0.7A 时,为使电子流形成完整的圆周运动,求加速电压的范围。
(4)若电子枪的加速电压可以在 0 到 250V 的范围内连续调节,且励磁线圈的电流从 0.5A 到 2A 的范围内连续调节。求玻璃泡上被电子击中范围的长度。
某课外小组为了研究“电瓶车下坡自发电”,设计了一模拟装置,其工作原理如图甲所示, MN、PQ 为水平放置的足够长平行光滑导轨,导轨间的距离 L 为0.5m,导轨左端连接一个阻值为 2Ω的电阻 R,将一根质量 m 为 0.4kg 的金属棒 cd 垂直地放置在导轨上,且与导轨接触良好,金属棒的电阻 r 大小为 0.5Ω,导轨的电阻不计,整个装置放在方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中。现对金属棒施加一水平向右的拉力 F,使棒从静止开始向右运动,当速度达到 1m/s 时,拉力的功率为 0.4w,从此刻开始计时(t=0)并保持拉力的功率恒定,经过 5.25s 的时间金属棒达到 2m/s 的稳定速度。试求:
(1)磁感应强度的大小;
(2)从 t=0~5.25s 时间内电阻 R 上产生的焦耳热;
(3)求出从 t=0 计时开始后金属棒的最大加速度大小,并在乙图中粗略的画出此过程中F 随 t 变化的图象。
在游乐场中,有一种叫跳楼机的大型游戏机,示意图如下所示。世界上最高的跳楼机能把乘客带入高空 139m 的高度后,从静止开始坠下(假设不计空气阻力),达到 40m/s 的最高运行速度,匀速下落一段时间后,开始受到压缩空气提供的恒定阻力做匀减速直线运动,加速度大小设定为一般人能较长时间承受的 2g(g 为重力加速度),到离地面 3m 高处速度刚好减为零,然后再让座椅缓慢下落到地,将游客送回地面(取 g=10m/s2)。设坐在跳楼机上的小新质量为,求:
(1)自由下落的高度是多少?
(2)下落过程中小新对座椅的最大压力多大?
(3)小新在前 136m 下落过程中对座椅压力所做的功?
某课外小组准备描绘一小灯泡(2.5V 0.75 W)的伏安特性曲线,实验台上摆放有以下器材:电压表(量程 3V,内阻约 3kΩ),.电流表(量程 0.6A,内阻约 0.5Ω),滑动变阻器甲和乙(其最大阻值标称值都模糊不清),干电池 2 节,单刀单掷开关,多用电表,导线若干。
(1)由于该实验要用到滑动变阻器,但提供的两只滑动变阻器最大阻值的标称值模糊不清,影响了他们的选择,该小组研究决定先用多用电表粗测两只滑动变阻器的最大阻值,其测量结果如甲、乙图甲示,其中乙图的测量值是 Ω ,本实验应选择 (填“甲”或“乙”)滑动变阻器。
(2)小新同学按照所选择的器材,根据实验原理连接了部分电路如右图,请你在图中画出剩余导线的连接。
(3)在闭合电键前,滑动变阻器的滑动片应位于滑动变阻器的 端(填“左”或“右”)。
某实验小组准备做探究“合力做功与物体速度变化关系”的实验。
(1)实验准备过程中,在上图的一些实验器材中要选用到的有(填字母序号) 。
(2)组装好实验器材后,某同学开始做实验,小车在橡皮筋作用下沿木板滑行,用 1 条橡皮筋对小车做的功记为W,当用 2 条、3 条……实验时,每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致,打出一系列纸带,并对打出的纸带进行测量和计算,得到了橡皮筋做功 W 和小车的最大速度值 Vm,记录在表格中,他还计算出了 Vm2 填在表中。其中用3根橡皮条时打出的纸带如下图,请根据纸带上的数据计算出 Vm= m/s ;
(3)用作图法处理数据时,为了使图像能直观反映实验结论,若把橡皮筋做功 W 作为纵坐标,应把 作为横坐标,并根据表格中的数据在坐标纸上作图。
(4)根据图像你得出的结论是 。
据报道“2016 年 1 月 1 日郑州发生万伏电缆落地,持续大火将路面烧焦成大坑”的事件。高压电线落地可能导致行人跨步触电,如图所示,设人的两脚 M N 间最大跨步距离为d,触地点 O 流入大地的电流为 I,大地的电阻率为ρ,O N 间的距离为 R。电流在以 O点为圆心半径为 r 的半球面上均匀分布,其电流密度为,电流密度乘以电阻率等于电场强度,该场强可以等效于把点电荷 Q 放在真空中 O 点处产生的场强。下列说法正确的是
A.等效点电荷 Q 电量为(K 为静电力常量)
B.图中 MN 两脚间跨步电压可能等于
C.当两脚间的距离处于最大跨步时跨步电压不可能为零
D.两脚并拢跳离触地点是防跨步触电的一种有效方法