两个星球组成双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两星中心距离为R,其运动周期为T,求两星的总质量。
解:设两星质量分别为,都绕连线上O点作周期为T的圆周运动,星球1和星球2到O的距离分别为.由万有引力定律和牛顿第二定律及几何条件可得
①
②
联立解得:
两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为。导轨上面横放着两根导体棒,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量皆为,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒静止,棒有指向棒的初速度.若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少.
(2)当棒的速度变为初速度的时,棒的加速度是多少?
解:棒向棒运动时,两棒和导轨构成的回路面积变小,磁通量发生变化,于是产生感应电流.棒受到与运动方向相反的安培力作用作减速运动,棒则在安培力作用下作加速运动.在棒的速度大于棒的速度时,回路总有感应电流,棒继续减速,棒继续加速.两棒速度达到相同后,回路面积保持不变,磁通量不变化,不产生感应电流,两棒以相同的速度作匀速运动.
(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中,两棒总动量守恒,有
根据能量守恒,整个过程中产生的总热量:
(2)设棒的速度变为初速度的时,棒的速度为,则由动量守恒可知
此时回路中的感应电动势和感应电流分别为:
此时棒所受的安培力:
棒的加速度:
由以上各式,可得:
一水平放置的气缸,由截面积不同的两圆筒联接而成.活塞A、B用一长为的刚性细杆连接,它们可以在筒内无摩擦地沿地沿水平方向左右滑动.A、B的截面积分别为、.A、B之间封闭着一定质量的理想气体.两活塞外侧(A的左方和B的右方)都是大气,大气压强始终保持为.活塞B的中心连一不能伸长的细线,细线的另一端固定在墙上.当气缸内气体温度为,活塞A、B的平衡位置如图所示,此时细线中的张力为.
(1)现使气缸内气体温度由初始的540缓慢下降,温度降为多少时活塞开始向右移动?
(2)继续使气缸内气体温度下降,温度降为多少时活塞A刚刚右移到两圆筒联接处?
(3)活塞A移到两圆筒联接处之后,维持气体温度不变,另外对B施加一个水平向左的推力,将两活塞慢慢推向左方,直到细线拉力重新变为30N.求此时的外加推力是多大.
解:(1)设气缸内气体压强为为细线中的张力,则活塞A、B及细杆这个整体的平衡条件为
解得 ①
对于初始状态,,
代入①式,就得到气缸中气体的初始压强:
由①式看出,只要气体压强,细线就会拉直且有拉力,于是活塞不会移动.使气缸内气体温度降低是等容降温过程,当温度下降使压强降到时,细线拉力变为零,再降温时活塞开始向右移,设此时温度为,压强.有
得 .
(2)再降温,细线松了,要平衡必有气体压强.是等压降温过程,活塞右移、体积相应减小,当A到达两圆筒联接处时,温度为,
得
(3)维持不变,向左推活塞,是等温过程,最后压强为.有
推力向左,由力的平衡条件得
解得
A、B是静止在水平地面上完全相同的两块长木板。A的左端和B的右端相接触。两板的质量皆为,长度皆为.C是一质量为的小物块.现给它一初速度,使它从B板的左端开始向右滑动.已知地面是光滑的,而C与A、B之间的动摩擦因数皆为.求最后A、B、C各以多大的速度做匀速运动.取重力加速度
解:先假设小物块C在木板B上移动距离后,停在B上.这时A、B、C三者的速度相等,设为V.由动量守恒得:
①
在此过程中,木板B的位移为,小木块C的位移为.由功能关系得
相加得 ②
解①、②两式得
③
代入数值得: ④
板的长度在.这说明小物块C不会停在B板上,而要滑到A板上.设C刚滑到A板上的速度为,此时A、B板的速度为,则由动量守恒得
⑤
由功能关系得: ⑥
以题给数据代入解得
由于必是正数,故合理的解是
, ⑦
⑧
当滑到A之后,B即以做匀速运动.而C是以的初速在A上向右运动.设在A上移动了距离后停止在A上,此时C和A的速度为,由动量守恒得
⑨
解得 ⑩
由功能关系得
解得
比A板的长度小,故小物块C确实是停在A板上.最后A、B、C的速度分别为,,.
简述光的全反射现象及临界角的定义,并导出折射率为的玻璃对真空的临界角公式。
解:光线从光密介质射向光疏介质时,折射角大于入射角.若入射角增大到某一角度C,使折射角达到,折射光就消失.入射角大于C时只有反射光.这种现象称为全反射.相应的入射角C叫做临界角.
光线由折射率为的玻璃到真空,折射定律为: ①
其中分别为入射角和折射角.当入射角等于临界角C时,折射角等于,代入①式得
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