电场 摩擦 带电 运动的路程答案解析

  一根对称的“∧”形玻璃管置于竖直平面内，管所有空间有竖直向上的匀强电场，带正电的小球在管内从A点由静止开始运动，且与管壁的动摩擦因数为μ，小球在B端与管作用时无能量损失，管与水平面间夹角为θ，AB长L，如右图所示，求从A开始，小球运动的总路程是多少？（设小球受的电场力大于重力）

解析   

如图所示，在倾角为37°的斜面两端，垂直于斜面方向固定两个弹性板，两板相距2m，质量为10g，带电量为的物体与斜面间的动摩擦因数为0.2，物体从斜面中点以大小为10m/s的速度沿斜面开始运动．若物体与弹性板碰撞过程中机械能不损失，电量也不变，匀强电场(方向与斜面平行)的场强，求物体在斜面上运动的总路程．()

（1）在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧的形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。

①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源（）、滑动变阻器（）、电流表（）、开关（）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。

②若已知导轨间的距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁，记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁；改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂，弹簧对应的长度为x₂，则弹簧的劲度系数k=_______。

（2）气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s₁、s₂和s₃。若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_________、_________，两滑块的总动量大小为_____________；碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。

图甲

图乙

 

（1）在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数．为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘．在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计．
请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题．
①帮助该同学完成实验设计．请你用低压直流电源（）、滑动变阻器（）、电流表（）、开关（）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端．
②若已知导轨间的距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁，记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁；改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂，弹簧对应的长度为x₂，则弹簧的劲度系数k=______．
（2）气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b．气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s₁、s₂和s₃．若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为______、______，两滑块的总动量大小为______；碰撞后两滑块的总动量大小为______．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

22.(17分) (1)在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹的形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。

请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。

①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源（）、滑动变阻器()、电流表（）、开关（）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。

②若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁,记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁;改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂,弹簧对应的长度为x₂,则弹簧的劲度系数k=__________.

（2）气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s₁、s₂和s₃.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_________、_________，两滑块的总动量大小为_________；碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。

22.(17分) (1)在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹的形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。

请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。

①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源（）、滑动变阻器()、电流表（）、开关（）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。

②若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁,记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁;改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂,弹簧对应的长度为x₂,则弹簧的劲度系数k=__________.

（2）气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s₁、s₂和s₃.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_________、_________，两滑块的总动量大小为_________；碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。

一带正电的物体静止置于绝缘水平面上，现加一水平向右的匀强电场后物体开始向右运动，如图，已知物体与绝缘水平面之间的滑动摩擦力为电场力的1/3，经一段时间后，物体的动能为E_k，此时，突然使电场方向反向，大小不变，再经过一段时间后，物体回到原出发点，其动能变为________；两段时间内物体通过的路程之比为S₁：S₂＝________.

 

一带正电的物体静止置于绝缘水平面上，现加一水平向右的匀强电场后物体开始向右运动，如图，已知物体与绝缘水平面之间的滑动摩擦力为电场力的1/3，经一段时间后，物体的动能为E_k，此时，突然使电场方向反向，大小不变，再经过一段时间后，物体回到原出发点，其动能变为________；两段时间内物体通过的路程之比为S₁：S₂＝________.

 

12．电动机模型．
利用小直流电动机提升质量为m₁的物体A，如图1所示，最终物体能以某一速度匀速上升．小直流电动机可以简化为如图2中的模型．开关S闭合后，金属棒在安培力作用下运动，通过轻绳带动物体A上升．设金属棒与两平行导轨始终垂直，导轨间距为l，磁场方向竖直向上，面积足够大，磁场磁感应强度为B．金属棒质量为m₂，电阻为R，电源电动势为E，忽略一切摩擦和电源、导轨内阻．

（1）物体m₁匀速上升时，求：
①回路中的电流强度值I；
①物体匀速上升的速度v_m．
（2）在图3坐标系中画出回路电流i随时间t变化图象；
（3）分析物体A速度从0加速到v（v＜v_m）的过程；
①若已知用时为t，求此过程中通过导体棒截面的电量q；
②若已知物体A上升的高度为h，通过导体棒截面的电量为q，求回路中产生的焦耳热Q．

阅读下面的说明文，回答问题。（11分）
①为什么雷雨天气飞机不能起飞和落地，飞机到底怕不怕雷电？
②首先我们要明确一点：飞机上是没有避雷针的，避雷针是用在地面建筑物上的，其原理是将空中雷击产生的电流，通过接闪器、引下线和接地体引向大地，就好像三项插头的“地线”概念，从而避免在城市的地面遭到雷击。
③与此同时，飞机外部结构是由导电材料制成的，如果遇到雷击，飞机就是一个短路的路径，虽不会直接伤害机内人员，却很可能损坏飞机上的电子设备以及结构，对安全造成影响。
④由于飞机在飞行过程中无法接地，因此，飞机要做的是防雷，而不是避雷。
⑤具体而言，在每次飞行前，飞行员都要了解航路各段的天气情况，选择合适的绕飞路线，从而最大限度避免与强雷电做正面接触；在空中飞行时，飞行员也会通过气象雷达来观测航路上的天气状况，总之，面对雷电天气，对策就是一个字——躲。如果飞机还没起飞，当然就不去冒这个险了，至于到达航班，一般情况都会选择备降，还是那个字----躲。
⑥但在雷电天气以外，当飞机在云层中飞行，还会跟空气、云层摩擦产生电荷，而当电荷积存达到一定值，也有可能形成雷击，这时候就要用上安装在飞机主翼或尾翼尖端处的“静电释放器”，大家一般称为放电刷，其原理是，当雷电产生的电流通过飞机，又或是飞机因空气摩擦而带静电，电流就会瞬间通过放电刷释放到机身外，这样，在导体效应的作用下就不会形成高能量的电能聚集释放这一过程——值得注意的是，乘客坐在客舱里是安全的，因为客舱跟机身外壳是绝缘的。
⑦放电刷也是飞机上的仪表电子设备的“保护伞”，通过随时放掉机身上流动的静电，避免飞机的通信导航受到电磁场干扰而影响飞行安全。一般现代民航客机上的放电刷都有10个以上，但也有很多小飞机是没有的，因为这些小飞机的体积小，机身上的静电很小，直接就由机身释放出去了.此外，飞机防雷还体现在飞机的重要设备都做了加固，比如油箱外壳的加固以及绝缘，而航电设备的位置也是经过精确评估测算出来的，目的在于即使飞机遭到雷击，造成的损伤也不会是致命的。
⑧但话又说回来，放电刷的释放能力是有限的，如果飞机被高能量的雷电击中，而放电刷又不能在瞬间将这股能量释放掉，就会产生电阻效应，很可能发生机体被击穿的危险，甚至造成恶性事故。所以说，飞行一定要做到慎之又慎，最重要的是了解每一个天气状况，及时绕开危险。                                 【南方周末】
【小题1】请说说选文第④段在全文结构上的作用。（2分）
答：                                                                         
【小题2】如果你是飞行员，根据选文内容，在下列三种情况下，为避免雷击你要做的工作分别是：（3分）
飞行前：                                                                   
空中飞行时：                                                               
到达航班：                                                              
【小题3】选文第⑦段运用了哪些说明方法？并就其中一种说明方法说说它的作用。（3分）
答：                                                                    
【小题4】选文最后一段“但话又说回来，放电刷的释放能力是有限的”这句话中，“有限”一词有怎样的含义，又体现说明文语言的什么特点？（3分）
答：                                                                    

阅读下面的说明文，回答问题。（11分）

①为什么雷雨天气飞机不能起飞和落地，飞机到底怕不怕雷电？

②首先我们要明确一点：飞机上是没有避雷针的，避雷针是用在地面建筑物上的，其原理是将空中雷击产生的电流，通过接闪器、引下线和接地体引向大地，就好像三项插头的“地线”概念，从而避免在城市的地面遭到雷击。

③与此同时，飞机外部结构是由导电材料制成的，如果遇到雷击，飞机就是一个短路的路径，虽不会直接伤害机内人员，却很可能损坏飞机上的电子设备以及结构，对安全造成影响。

④由于飞机在飞行过程中无法接地，因此，飞机要做的是防雷，而不是避雷。

⑤具体而言，在每次飞行前，飞行员都要了解航路各段的天气情况，选择合适的绕飞路线，从而最大限度避免与强雷电做正面接触；在空中飞行时，飞行员也会通过气象雷达来观测航路上的天气状况，总之，面对雷电天气，对策就是一个字——躲。如果飞机还没起飞，当然就不去冒这个险了，至于到达航班，一般情况都会选择备降，还是那个字----躲。

⑥但在雷电天气以外，当飞机在云层中飞行，还会跟空气、云层摩擦产生电荷，而当电荷积存达到一定值，也有可能形成雷击，这时候就要用上安装在飞机主翼或尾翼尖端处的“静电释放器”，大家一般称为放电刷，其原理是，当雷电产生的电流通过飞机，又或是飞机因空气摩擦而带静电，电流就会瞬间通过放电刷释放到机身外，这样，在导体效应的作用下就不会形成高能量的电能聚集释放这一过程——值得注意的是，乘客坐在客舱里是安全的，因为客舱跟机身外壳是绝缘的。

⑦放电刷也是飞机上的仪表电子设备的“保护伞”，通过随时放掉机身上流动的静电，避免飞机的通信导航受到电磁场干扰而影响飞行安全。一般现代民航客机上的放电刷都有10个以上，但也有很多小飞机是没有的，因为这些小飞机的体积小，机身上的静电很小，直接就由机身释放出去了.此外，飞机防雷还体现在飞机的重要设备都做了加固，比如油箱外壳的加固以及绝缘，而航电设备的位置也是经过精确评估测算出来的，目的在于即使飞机遭到雷击，造成的损伤也不会是致命的。

⑧但话又说回来，放电刷的释放能力是有限的，如果飞机被高能量的雷电击中，而放电刷又不能在瞬间将这股能量释放掉，就会产生电阻效应，很可能发生机体被击穿的危险，甚至造成恶性事故。所以说，飞行一定要做到慎之又慎，最重要的是了解每一个天气状况，及时绕开危险。                                 【南方周末】

1.请说说选文第④段在全文结构上的作用。（2分）

答：                                                                         

2.如果你是飞行员，根据选文内容，在下列三种情况下，为避免雷击你要做的工作分别是：（3分）

飞行前：                                                                   

空中飞行时：                                                               

到达航班：                                                              

3.选文第⑦段运用了哪些说明方法？并就其中一种说明方法说说它的作用。（3分）

答：                                                                    

4.选文最后一段“但话又说回来，放电刷的释放能力是有限的”这句话中，“有限”一词有怎样的含义，又体现说明文语言的什么特点？（3分）

答：                                                                    

 

阅读下面的文字，完成下面试题。

磁浮列车

世界第一条商业运营的高速磁浮交通系统——上海磁浮示范运营线于2002年2月31日举行通车典礼，中国总理朱镕基和德国总理施罗德出席典礼。两国总理为运行通车剪彩后，从示范运营线始发站龙阳路站乘列车前往终点站上海浦东国际机场，全程30公里只用了不到8分钟的时间，运行期间的最高时速达到了每小时430公里。

高速磁浮列车是20世纪的一项技术发明。自20世纪60年代以来，以德国、日本为代表，对常导和超导两种磁浮技术模式，进行了深入研究和反复实验。上海磁浮示范运营线采用的是德国的常导模式，引进的是德国技术。

高速磁浮列车运行时，与轨道完全不接触。它没有轮子和传动机构，列车的悬浮、导向、驱动和制动都是利用电磁力来实现的。悬浮电磁铁以电磁力将车辆往—上浮起，电磁控制系统保证磁浮列车与轨道保持约10毫米间距。导向电磁铁保证列车沿线路两侧的定位。列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动。直线电机的原理可以从旋转电机引申出来，即将旋转电机定子和转子剖开再展直，安装在线路两侧的下面。直线电机定子线圈中的电流产生一个运动磁场，在这个运动磁场的作用下，推动磁浮列车前进。

磁浮列车快速、安全、舒适：常导磁浮列车时速可达400至500公里，超导磁浮列车时速可达500至600公里。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。

能耗低是它的又一优点。由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电30%。在500公里/小时速度下，每座位每公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2，比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触，震动小、舒适性好，也减少了车辆和路轨的维修费用。

磁浮列车交通有利于保护环境。它在运行时不与轨道发生摩擦，且爬坡能力强、转弯半径小，所以发出的噪音很低(只有当时速达到200公里以上时，才会产生与空气摩擦的轻微噪音)。它的磁场强度与地球磁场相当，远低于家用电器。由于采用电力驱动，避免了烧煤烧油带来的污染。磁浮列车的爬坡能力为10%，而一般铁路的最高坡度只有4%。磁浮列车一般以4．5米以上的高架通过沟渠或翻越山丘，从而避免了开山挖沟。

磁浮列车安全、舒适、维护少。磁浮列车在路轨上运行，按飞机的防火标准实行配置。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将铁轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。据专家介绍，为确保安全万无一失，每节列车还安装4套蓄电池，只要有2套能工作，就能在外部系统停电的情况下让列车平稳地停在预先设定的位置。列车底部还有16个由碳素纤维制成的滑橇，紧急情况下，也能让列车在高速运行时平稳停下来。列车的整个安全系统可以相互检测，自动替补，这是其它交通工具不具备的，因而它是一种高安全度的交通工具。

关于磁浮列车，下列解释最准确的一项是(  )

A．磁浮列车是20世纪的一项技术发明，有常导和超导两重磁浮技术模式。

B．磁浮列车是一种采用电力驱动、无废气排放、无车轮与轨道摩擦、对环境影响很小的高速火车。

C．磁浮列车利用电磁力来实现悬浮、导向、驱动和制动，没有轮子和传动机构，是一种快速、安全的交通工具。

D．能耗低是磁浮列车的最大优点，它比高速火车、飞机和汽车的能耗都低。

下列对高速磁浮列车运行原理的解说，错误的一项是(  )

A．悬浮电磁铁以电磁力将车辆往上浮起，电磁控制系统保证列车与轨道保持约10毫米间距。

B．车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。

C．直线电机定子线圈中电流产生一个运动磁场，这个运动磁场推动了磁浮列车前进。

D．导向电磁铁保证列车沿线路两侧定位，列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动。

下列对磁浮列车的优点，表述不准确的一项是(  )

A．与传统的高速轮轨列车相比，磁浮列车速度快，常导磁浮列车时速可达400至500公里。

B．磁浮列车比高速火车、飞机、汽车的能耗都低，因此它的运行成本就比传统交通工具低。

C．安全性高、舒适、维护少，这也是磁浮列车的一大优点。

D．磁浮列车启动快，爬坡能力强，转弯半径小，噪音低，对环境影响小。

根据原文提供的信息，以下推断正确的一项(  )

A．磁浮列车在上海通车具有重大意义，它标志着我国交通史上的一次恢宏创举，是标志着科技进步的一次精彩跨越。

B．磁浮列车的磁场强度与地球相当，这对通讯的干扰是很大的，在磁浮列车上手机一般是不会有信号的。

C．磁浮列车排除了追尾和相撞的可能，这为解决高速公路上汽车追尾事故提供了范例。

D．既然磁浮列车轨道避免了开山挖沟，它的建造成本就比高速火车降低了很多。