如图1所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。
(1)打点计时器使用的电源是 (选填选项前的字母)。
A.直流电源 B.交流电源
(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是 (选填选项前的字母)。
A.把长木板右端垫高 B.改变小车的质量
在不挂重物且 (选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。
A.计时器不打点 B.计时器打点
(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O。在纸带上依次去A、B、C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……,如图2所示。
实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点打B点的过程中,拉力对小车做的功W= ,打B点时小车的速度v= 。
(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作如图3所示的v2–W图象。由此图象可得v2随W变化的表达式为_________________。根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_________。
(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图4中正确反映v2–W关系的是______________。
⑴B;⑵A,B;⑶mgx2,;⑷v2=0.008+4.69W,kg-1;⑸D
择图象D。
如图所示,长l=1 m的轻质细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止在水平向右的匀强电场中,绳与竖直方向的夹角θ=37°。已知小球所带电荷量q=1.0×10–6 C,匀强电场的场强E=3.0×103 N/C,取重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.,求:
(1)小球所受电场力F的大小。
(2)小球的质量m。
(3)将电场撤去,小球回到最低点时速度v的大小。
⑴F=3.0×10-3N;⑵m=4.0×10-4kg;⑶v=2.0m/s
【参考解析】⑴根据电场强度定义式可知,小球所受电场力大小为:
F=qE=1.0×10-6×3.0×103N=3.0×10-3N
⑵小球受mg、绳的拉力T和电场力F作用,如下图所示
根据共点力平衡条件和图中几何关系有:mgtan37°=F
解得:m=4.0×10-4kg
⑶撤去电场后,小球将绕悬点摆动,根据动能定理有:mgl(1-cos37°)=-0
解得:v==2.0m/s
在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出α粒子()在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。
(1)放射性原子核用表示,新核的元素符号用Y表示,写出该α衰变的核反应方程。
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小。
(3)设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Δm。
⑴→+;⑵I=,T=;Δm=
发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
答案⑴E1=,E2=I2RΔt+ILBvΔt;⑵①,②电荷移动的速度可分解为沿ba方向和垂直于ab方向,各自由电荷因这两个分速度引起的洛伦兹合力可分解成垂直ab方向和平行ab方向,垂直ab方向的分力做正功,平行ab方向的分力做负功。
【参考解析】⑴图1中由于导体棒ab运动切割磁感线,回路中产生感应电流,由于电流做功,导体棒与电阻发热产生焦耳热,由焦耳定律、闭合电路欧姆定律和能量守恒定律可知,图1“发电机”产生的电能为:E1=
在图2中,由于电流做功,导体棒产生焦耳热,根据焦耳定律有:Q=I2RΔt
同时提升重物做功为:W=mgvΔt
对重物和导体棒分别应用平衡条件有:T=mg,T=ILB
根据功能关系可知,图2“电动机”输出的机械能为:E2=Q+W
解得:E2=I2RΔt+ILBvΔt
该作品由: 用户小小分享上传
可圈可点是一个信息分享及获取的平台。不确保部分用户上传资料的来源及知识产权归属。如您发现相关资料侵犯您的合法权益,请联系 可圈可点 ,我们核实后将及时进行处理。