【题目】真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图所示,光照前两板都不带电,以光照射 A 板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出。电子逸出时其速度是向各个方向的,作为一种简化模型,我们假设所有逸出的电子都垂直于 A 板向 B 板运动,且电子离开 A 板时的动能在 0 到 Ekm 之间概率均匀,即动能在任意 Ek 到 Ek+Ek 之间的电子数都相等。已知单位时间内从 A 板逸出的电子数为 N0,忽略电子的重力及它们之间的相互作用,保持光照条件不变,a 和 b 为接线柱。电子逸出时的最大动能为 Ekm,元电荷为 e.
(1)图示装置可看作直流电源,试判断该电源的正负极并求其电动势 E。
(2)当 ab 间接有用电器时,AB 板间电压为某一小于电动势的值 Uab,此时初速度较小的电子将不能到达 B 板,求此时能够到达 B 板的电子数 N 与 N0 的比值,以及此时电路中电流强度 I 与短路电流 I0 的比值。
(3)在对外供电时,并不是所有的电源其路端电压与电源电动势之间都满足 U=E-Ir,其中 r 为一与外电路无关的量,但可以证明在上述简化模型中这一关系成立。试证明之,并求出相应的 r。
【答案】(1) A板为正极B板为负极 , (2)
,
(3)
【解析】(1)电子从A板发出在B板积聚,A板为正极板,B板为负极板;电源电动势等于电源两端开路是的路端电压,此时动能最大的电子也不能到达B板,即有Ee=Ekm可得E=Ekm/e,方向经电源内部B指向A;
(2)当AB板间接有用电器电压Uab时,设能到达B板的电子最小动能为Ek1,即有,又因为电子离开A板时具有各种动能的概率均匀,设单位时间内到达B板的电子数为N,既有
此时电路中的电流:I=Ne
短路时所有电子均能到达B板,此时电路中电流为短路电流I0=N0e
所以此时电路中电流强度I与短路电流I0的比值:
(3)由(2)可见:当电源处于工作状态时,电路中的电流强度I与电源两端的电压U之间满足一般关系为即
,其中
与外电路无关,即所求
,把电动势E和短路电流I0的表达式带入,解得:
其中
可见r只与光照条件、材料和其它物理常量有关,与外电路无关.
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【题目】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学使用了如图1所示的装置,打点计时器使用的交流电频率为50Hz.
①该同学得到一条纸带,在纸带上取连续的六个点,如图2所示,自A点起,相邻两点的距离分别为10.1mm、12.0mm、14.1mm、16.0mm、18.0mm,则打E点时小车速度为______m/s,小车的加速度为______ m/s2(结果保留一位小数)。
②该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系,应该保持______;若该同学要探究加速度a和拉力F关系,应该保持______不变;
③该同学通过数据的处理作出了AF图象,如图3所示,则图中直线不过原点的原因可能是______.
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【题目】如图所示,某科技兴趣小组设计了一个竖直放置在水平地面上的玩具轨道模型,在AB段的A端固定一轻质弹簧,弹簧自然伸长时刚好位于B端。其中半圆轨道BC和圆形轨道CDE的半径分别为 r=10cm和R=40cm,二者的圆心与B、C、D在同一竖直线上。倾角为θ=370直轨道EF与圆形轨道 CDE在E点相切,水平轨道FG(长度可调节)与C点在同一高度且与倾斜轨道EF平滑连接。将一质量为 m=0.1kg 滑块(可以视为质点)用弹簧装置将其弹出,使其沿着图示轨道运动,已知小滑块与 EF、FG 间的动摩擦因数均为 μ=0.5,其余部分摩擦不计(滑块在直轨道上衔接处运动时不脱离轨道,忽略滑块在衔接处的能量损失及空气阻力,sin370=0.6,g = 10 m/s2) 。
(1)若滑块在D点速度为5m/s,求滑块对轨道的压力;
(2)要使滑块恰好不脱离圆弧轨道,则弹簧的弹性势能 EP 为多少;
(3)某次实验时压缩弹簧至弹性势能 EP=1.13J,将滑块弹出,滑块沿着图示轨道运动最终能从G位置水平飞离轨道,为使落点位置H离F点的水平距离最大,应将FG的长度调为多大?最大水平距离为多少?
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【题目】在透明均匀介质内有一球状空气泡,一束含两种单色光的细光束从介质射入气泡,a为入射点,分别从m、n点射向介质,如图所示.下列结论正确的是
A. 比较两种色光在介质中的速度,射到m点的色光比射到n点的色光速度大
B. 射到m点的色光比射到n点的色光更容易发生明显的衍射现象
C. 从m、n点射向介质,两种单色光出射光线不可能相交
D. 改变入射光线的方向,光线射入气泡后可能无法从气泡中射出
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【题目】一切物体的分子都在做永不停息的无规则热运动,但大量分子的运动却有一定的统计规律。氧气分子在 0°C 或 100°C 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比(以下简称占比)随气体分子速率的变化如图中两条曲线所示。对于图线的分析,下列说法正确的是
A. 温度升高,所有分子的动能都增大
B. 100°C 温度下,速率在 200-300m/s 的那一部分分子占比较 0°C 的占比多
C. 由于分子之间的频繁碰撞,经过足够长时间,各种温度下的氧气分子都将比现在速率更趋于一样
D. 如果同样质量的氧气所占据体积不变,100°C 温度下氧气分子在单位时间与单位面积器壁碰撞的次数较 0°C 时更多
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【题目】两个质量相等的物块通过轻绳绕过两个光滑的定滑轮处于如图所示的静止状态,AB与水平方向成45°角,过A的水平线与过B的竖直线交于C点,现给AB的中点O施加一外力F,使O点缓慢地向C点做直线运动,则运动过程中下列说法正确的是( )
A. F的方向总是指向C
B. F的方向在不断地变化
C. F在不断地增大
D. F先增大后减小
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【题目】如图所示,一水平的足够长的浅色长传送带与平板紧靠在一起,且上表面在同一水平面。传送带上左端放置一质量为m=1kg的煤块(视为质点),煤块与传送带及煤块与平板上表面之间的动摩擦因数为均为μ1=0.1.初始时,传送带与煤块及平板都是静止的。现让传送带以恒定的向右加速度a=3m/s2开始运动,当其速度达到v=1.5m/s后,便以此速度做匀速运动。经过一段时间,煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动,随后,在平稳滑上右端平板上的同时,在平板右侧施加一个水平恒力F=17N,F作用了0.5s时煤块与平板速度恰相等,此时刻撤去F。最终煤块没有从平板上滑下,已知平板质量M=4kg,(重力加速度为g= 10m/s2),求:
(1)传送带上黑色痕迹的长度;
(2)有F作用期间平板的加速度大小;
(3)平板上表面至少多长(计算结果保留两位有效数字).
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【题目】实验室有一块量程为500μA,内阻Rg约为200Ω的电流表(也称微安表),需要准确测量它的电阻,一同学根据实验室现有的器材设计了如图(甲)和图(乙)两种实验电路。
已知实验室中的部分实验器材的规格如下:
电流表(也称毫安表):mA(量程1mA,内电阻约100Ω)
滑动变阻器A:R1(20Ω,1A)
滑动变阻器B:R1(500Ω,0.5A)
电阻箱:R2(999.9Ω)
直流电源:(电动势为3V,内阻很小)
可供选择的不同阻值的定值电阻器R3
①将图(丙)所示的实物图按图(甲)所示的电路连接成实验电路。
②在图(乙)所示的电路中,为了便于实验的调节,滑动变阻器R1应选 (选填:“滑动变阻器A”或“滑动变阻器B”)。为了保证实验操作过程的安全(即使滑动变阻器R1的阻值调为0,也不会烧坏电流表),并便于实验调节,定值电阻器R3的阻值应选 (填选项前的字母)。
A.100Ω B.1kΩ C. 6kΩ D. 10kΩ
③利用图(甲)所示的电路,闭合S1之后进行测量时,需要记录的实验数据有(同时用设定的字母表示);用你记录的实验数据的字母表示出测量的结果是 。
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【题目】在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核,它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7:1,如图所示,那么碳14的衰变方程为( )
A. C→
e+
B B.
C→
He+
Be
C. C→
H+
B D.
C→
e+
N
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