练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    8．如图所示，宽度为L的粗糙平行金属导轨PQ和P′Q′倾斜放置，顶端QQ′之间连接一个阻值为R的电阻和开关S，底端PP′处与一小段水平轨道用光滑圆弧相连．已知底端PP′离地面的高度为h，倾斜导轨处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场（图中未画出）中．若断开开关S，一根质量为m、电阻为r、长也为L的金属棒从AA′处由静止开始滑下，金属棒落地点离PP′的水平距离为x1；若闭合开关S，该金属棒仍从AA′处由静止开始滑下，则金属棒落地点离PP′的水平距离为x2．不计导轨电阻，忽略金属棒经过PP′处的机械能损失，已知重力加速度为g，求：
    （1）开关断开时，金属棒离开底端PP′的速度大小．
    （2）开关闭合时，在下滑过程导体棒上的电流方向与金属棒中产生的焦耳热．
    （3）开关S仍闭合，金属棒从比AA′更高处由静止开始滑下，水平射程仍为x2，请定性说明金属棒在倾斜轨道上运动的规律．

    分析 （1）金属棒离开底端PP′后，做平抛运动，已知水平距离和高度，根据平抛运动的知识，可以求出棒开底端PP′的速度大小；
    （2）开关闭合后，金属棒下滑时，需要克服安培力做功产生焦耳热，根据能量守恒定律求解；
    （3）根据平抛的水平距离相等，说明金属棒离开PP′时的速度相等，金属棒在倾斜导轨上应先做加速度减小的加速运动，然后匀速运动．

    解答 解：（1）开关断开时，金属棒离开底端PP′的速度大小为v1，在空中运动的时间为t，则：
    在水平方向上：x1=v1t
    在竖直方向上有：h=$\frac{1}{2}$gt2
    联立可得：v1=x1$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
    （2）开关断开时，在金属棒沿倾斜导轨下滑的过程中，重力做功为WG，摩擦力做功为WF．
    根据动能定理可得：WG+WF=$\frac{1}{2}$mv12
    开关闭合时，金属棒离开底端PP′的速度：v2=x2$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
    在金属棒沿倾斜导轨下滑的过程中，重力做功和摩擦力做功与开关断开时相同，安培力做功为W安，系统产生的焦耳热为Q，
    由动能定理可得：WG+WF+W安=$\frac{1}{2}$mv22
    又由功能关系可得：Q=|W安|
    金属棒产生的焦耳热为：Qr=$\frac{r}{R+r}$Q
    联立上述方程可得：Qr=$\frac{r}{R+r}$•$\frac{mg}{4h}$（x12-x22）．
    （3）据题，开关S仍闭合，金属棒从比AA′更高处静止开始滑下，水平射程仍为x2，说明金属棒离开PP′时的速度相等，则知金属棒在倾斜导轨上先做加速度减小的加速运动，然后匀速运动．
    答：（1）开关断开时，金属棒离开底端PP′的速度大小为x1$\sqrt{\frac{g}{2h}}$；
    （2）开关闭合时，金属棒在下滑过程中产生的焦耳热为$\frac{r}{R+r}$•$\frac{mg}{4h}$（x12-x22）；
    （3）金属棒在倾斜导轨上先做加速度减小的加速运动，然后匀速运动．

    点评 本题首先要掌握平抛运动的研究方法，其次能运用能量守恒定律求解热量，都是常用的思路，平时要多加强这方面的练习，熟练掌握．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    15．关于弹力的方向下列说法正确的是（　　）
    A．物体对接触面的压力方向可以不垂直于两物体的接触面
    B．绳子对物体的 拉力方向可以不沿着绳子
    C．杆对物体的弹力方向一定沿杆
    D．轻弹簧的弹力方向一定沿弹簧

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    16．一做直线运动的质点其图象如图所示，则下列关于其运动情况的分析正确的是（　　）
    A．该质点的初速度为4m/sB．该质点的加速度为5m/s2
    C．该质点2s末的速度为5m/sD．该质点第3s内的位移为8.25m

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    13．质量为M的宇宙飞船以速度V1进入一个陨石层，陨石的平均质量为m，平均速度为V2，方向与宇宙飞船的运动方向相反，n个陨石层与飞船碰撞后粘合在一起，则飞船的速度为（　　）
    A．$\frac{M{V}_{1}}{M+nm}$B．$\frac{M{v}_{1}-nm{v}_{2}}{M+nm}$C．$\frac{M{v}_{1}+nm{v}_{2}}{M+nm}$D．$\frac{nm{v}_{1}}{M}$

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    3．如图所示，初速度为零的α粒子和电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直进入电势差U2的偏转电场，在满足电子能射出偏转电场的条件下，正确的说法是（　　）
    A．α粒子的偏转量大于电子的偏转量B．α粒子的偏转量小于电子的偏转量
    C．α粒子的偏转角大于电子的偏转角D．α粒子的偏转角等于电子的偏转角

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    13．如图所示，垂直纸面的匀强磁场分布在正方形虚线区域内，电阻均匀的正方形导线框abcd位于虚线区域的中央，两正方形共面且四边相互平行．现将导线框先后朝图示两个方向以速度v、3v匀速拉出磁场，拉出时保持线框不离开纸面且速度垂直线框．比较两次移出磁场的过程中，以下说法正确的是（　　）
    A．导体框cd边两端电势差的大小相同B．导体框中产生的焦耳热相同
    C．通过导体框某一截面的电荷量不同D．导体框cd边中的感应电流方向不同

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    20．如图所示，一平行板电容器两板水平相对放置，在两板的正中心上各开一孔，孔相对极板很小，因此不会影响两板间的电场分布．现给上下两板分别充上等量的正负电荷，上板带正电，下板带负电，使两板间形成匀强电场．电场强度大小为E=$\frac{3mg}{q}$，一根长为L的绝缘轻质硬杆上下两端分别固定一带电金属小球A、B，两球大小相等，且直径小于容器极板上的孔，A球带负电QA=-3q，B球带正电QB=+q，两球质量均为m．将“杆-球”装置移动到上极板上方，保持竖直，且使B球刚好位于上板小孔的中心处、球心与上极板在一平面内，然后静止释放．已知带电平行板电容器只在其两板间存在电场，两球在运动过程中不会接触到极板，且各自的带电量始终不变．忽略两球产生的电场对平行板间匀强电场的影响，两球可以看成质点，电容器极板厚度不计，重力加速度为g．求：
    （1）A球刚进入两板间时，“杆-球”装置的速度大小v1；
    （2）若以后的运动过程中，发现B球从下极板的小孔穿出后，刚好能运动$\frac{L}{2}$的距离，求电容器两极板间距d．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    17．如图所示，ABCD是固定的水平放置的足够长的U形金属导轨，整个导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上架有一个金属棒ab，给棒一个水平向右的瞬时冲量I，ab棒将运动起来，最后又静止在导轨上，在轨道是光滑的和粗糙的两种情况下（　　）
    A．安培力对ab棒所做的功相等
    B．电流通过整个回路所做的功相等
    C．整个回路产生的热量相等
    D．到停止运动时，棒两次运动距离相等

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    18．制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板，如图甲所示，加在极板A、B间的电压UAB作周期性变化，其正向电压为U0，反向电压为-kU0（k＞1），电压变化的周期为2τ，如图乙所示．在t=0时，极板B附近的一个电子，质量为m、电荷量为e，受电场作用由静止开始运动．若整个运动过程中，电子未碰到极板A，且不考虑重力作用．

    （1）若k=$\frac{5}{4}$，电子在0-2τ时间内不能到达极板A，求d应满足的条件；
    （2）若电子在0-200τ时间未碰到极板B，求此运动过程中电子速度v随时间t变化的关系；
    （3）若电子在第N个周期内的位移为零，求k的值．

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案