真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动,速度大小为v0。在油滴处于位置A时,将电场强度的大小突然增大到某值,但保持其方向不变。持续一段时间t1后,又突然将电场反向,但保持其大小不变;再持续同样一段时间后,油滴运动到B点。重力加速度大小为g。
(1)求油滴运动到B点时的速度。
(2)求增大后的电场强度的大小;为保证后来的电场强度比原来的大,试给出相应的t1和v0应满足的条件。已知不存在电场时,油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B、A两点间距离的两倍。
(1)设油滴质量和电荷量分别为m和q,油滴速度方向向上为整。油滴在电场强度大小为E1的匀强电场中做匀速直线运动,故匀强电场方向向上。在t=0时,电场强度突然从E1增加至E2时,油滴做竖直向上的匀加速运动,加速度方向向上,大小a1满足
①
油滴在时刻t1的速度为
②
电场强度在时刻t1突然反向,油滴做匀变速直线运动,加速度方向向下,大小a2满足
③
油滴在时刻t2=2t1的速度为
④
由①②③④式得
⑤
(2)由题意,在t=0时刻前有
⑥
油滴从t=0到时刻t1的位移为
⑦
油滴在从时刻t1到时刻t2=2t1的时间间隔内的位移为
⑧
由题给条件有⑨
式中h是B、A两点之间的距离。
若B点在A点之上,依题意有
⑩
由①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得
⑪
为使,应有
⑫
即当⑬
才是可能的:条件⑬式和⑭式分别对应于和两种情形。
若B在A点之下,依题意有
⑮
由①②③⑥⑦⑧⑨⑮式得
⑯
为使,应有
⑰
即
⑱
另一解为负,不符合题意,已舍去。
(1)(5分)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是________。(填正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)
A.图中两条曲线下面积相等
B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E.与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
(2)(10分)如图,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3;B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃,汽缸导热。
(i)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;
(ii)接着打开K3,求稳定时活塞的位置;
(iii)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃,求此时活塞下方气体的压强。
(1)ABC
(2)答:(i)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得
①
②
联立①②式得
③
④
(ii)打开K3后,由④式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2()时,活塞下气体压强为p2由玻意耳定律得
⑤
由⑤式得
⑥
由⑥式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为
(iii)设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得
⑦
将有关数据代入⑦式得
p3=1.6p0⑧
(1)(5分)如图(a),在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0,–2)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示,两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8,–2)的路程差为________m,两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互__________(填“加强”或“减弱”),点C(0,0.5)处质点的振动相互__________(填“加强”或“减弱”)。
(2)(10分)如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高位2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
(1)2 减弱 加强
(2)
如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射。
设光线在半球面的入射角为i,折射角为r。由折射定律有
①
由正弦定理有
②
由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系有
③
式中L是入射光线与OC的距离。由②③式和题给数据得
④
由①③④式和题给数据得
⑤
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