电磁感应中常涉及磁感应强度B.磁通量Φ.感应电动势e和感应电流I随时间t变化的图线.即B-t图线.Φ一t图线.e一t图线和I一t图线.对于切割产生应电动势和感应电流的情况.还常涉及感应电动势ε和感应电流随位移X变化的图线.即e-X图线和-X图线.这些图象问题大体上可分为两类:由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象.或由给定的有关图象分析电磁感应过程.求解相应的物理量.不管是何种类型.电磁感应中的图象常需利用右手定则.楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小. [例3]一匀强磁场.磁场方向垂直纸面.规定向里的方向为正.在磁场中有一细金属圆环.圆环平面位于纸面内.如图所示.现令磁感应强度B随时间t变化.先按下图中的oa图线变化.后来又按bc和ad变化.令E1,E2, E3,分别表示这三段变化过程中的感应电动势的大小.I1.I2.I3分别表示对应的感应电流.则() A. El>E2.I1沿逆时针方向.I2沿顺时针方向. B. El<E2.I1沿逆时针方向.I2沿顺时针方向. C. E1<E2.I2沿顺时针方向.I3沿逆时针方向 D.E2=E3, I2沿顺时针方向.I3沿顺时针方向 解析:分析感应电流方向:B外表示外加磁场,B内表示感应电流的磁场.环内磁通量的变化是外加磁场的变化引起的.由题知图线oa.bc段表示外加磁场方向向里.cd段表示外加磁场方向向外.当B外按图线oa变化时环内的磁通晕增大.则B感方向应向外,当B外沿bc段变化时.外加磁场向里的磁通量减少.则B感方向应向里,B外按cd变化时.外加磁场向里的磁通量增大.B感方向应向里.由安培定则判断知:B外在oa段的变化.感应电流方向逆时针的,B外在bc.cd段的变化.感应电流方向是顺时针的.感应电动势的大小:E=ΔФ/Δt=ΔB×S/Δt,由图可看出B外的变化率在bc段和cd段是相同的.而oa段的B外的变化率比bc和cd段小.因此El<.E2=E3. [例4]如图所示.竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路.导线所围区城内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场.螺线管下方水平桌面上有一导体圆环.导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图中哪一图线所表示的方式随时间变化时.导体圆环将受到向上的磁场作用力() 解析:A图中磁感应强度随时间增加.导线回路中电流是c→b→a→螺线管→d→c方向.又磁场变化率不断减小.在螺线管中电流减小.因此.螺线管产生的磁场穿过圆环的磁感线变少.根据楞次定律.为阻碍这种变化.圆环将靠近螺线管.即受到向上的磁场的作用力.B图磁场变化率变大.螺线管中产生的电流变大.穿过圆环的磁感线变多.要排斥圆环,C,D图磁场是均匀变化的.螺线管中感应电流是稳定的.它产生的磁场是不变的.穿过圆环中的磁通量不变.无感应电流产生.与螺线管磁场无相互作用.因此本题正确选项是A. [例5]如图中 A是一个边长为L的正方形线框.电阻为R.今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动.并穿过图中所示的匀强磁场B区域.若以X轴正方向作为力的正方向.线框在图示位置的时刻作为时间的零点.则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为图中的 解析:线圈A运动的第1个时间单位.没有感应电流.安培力为零,第2个时间单位A的前边切割感线产生恒定感应电流.此时安培力也是恒定的.安培力阻碍线圈A的相对运动.故F的方向沿-x方向,线圈完全进入磁场不再有感应电流.安培力为零.这一段运动了两个时间单位,当线圈出磁场时.它的后边做切割磁感线运动.产生感应电流.此时的安培力与进入时等大.方向仍沿一x方向.故选B. [例6]一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中.设磁场方向向里为磁感强度B的正方向.线圈中的箭头为电流I的正方向.线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图所示.则磁感强度B随时间变化的图线可能是图中的( ) 解析:在线圈中感应电流的方向是顺时针为正.由其感应电流的图象可知线圈中开始的电流是逆时针方向.感应电流的磁场是垂直于纸面出来的.若是原磁场是进去的.则原磁场应是加强的.在B-t图象上的斜率为正值.经过T/4后.感应电流反向.说明原磁场是减弱的.图象的斜率为负值.再过T/2.图象的斜率为正值.所以C.D两图正确. 点评:用图象的斜率来分析.根据线圈中感应电流的方向来判断线圈所在处的磁场的变化率.再反过来应用图象的变化率来判断感应电流的方向.这个方法很重要.它说明了感应电流的方向只与磁场的变化率有关.而与磁场的磁感强度的大小和方向无关.就像速度与位移的大小和方向无关.只与位移的变化率有关一样. [例7]如图(a)所示.一个边长为a.电阻为R的等边三角形线框在外力作用下以速度v匀速地穿过宽度为a的两个匀强磁场.这两个磁场的磁感应强度大小均为B.方向相反.线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直.取逆时针方向的电流为正.试通过计算.画出从图示位置开始.线框中产生的感应电流I与沿运动方向的位移X之间的函数图象. 解析:线框进入第一个磁场时.切割磁感线的有效长度在随位移均匀变化.在位移由0→a/2过程中.切割的有效长度由0增大到.电流为逆时针,在位移由a/2→a时.切割边bc和cd上产生的感应电动势在整个闭合回路中反向串联.随着cd边上切割的有效长度变长.整个回路的电动势由大变小.电流为逆时针,在x=a/2时,x=a时.E=0.I=0,线框穿越两磁场边界时.线框bc边进入磁场2的那部分切割产生的电动势与cd边在磁场1中切割产生的电动势同向.而与bc边在磁场1中切割产生的电动势反向,所以在位移由a→3a/2时.电动势由0 →,电流由0→,电流方向为顺时针,当位移由3a/2 →2a时.电动势由→0.电流仍顺时针. 线框移出第二个磁场时的情况与进入第一个磁场时相似. 由此可得.I-x图象应如图(b)所示. [例8]如图(l)所示.OO/和OPQ是位于同一水平面上的两根金属导轨.处于竖直方向的匀强磁场中.磁感强度为B.导轨OP与OO/成45o角.PQ与OO/平行.相距为d.且足够长.一金属杆在t=0的时刻从O点出发.以恒定的速度v沿导轨向右滑动.在滑动过程中.杆始终保持与OO/垂直.且与两导轨接触良好.金属杆和导轨OO/的电阻可以不计.OPQ有电阻.且每单位长度的电阻力R.求在开始滑动后的任一时刻t.通过金属杆的电流强度i.并在图(2)中的i-t坐标上定性地画出电流i随时间t变化的关系曲线. 解析:金属杆在 Op段上运动时切割磁感线的长度为L,由题图可知 L=vt.产生的感应电动势为ε1=BLv=Bv2t.闭合回路中的电阻为R1=vtR.感应电流为I1=ε1/Rl=Bv/R.感应电流的表达式说明了当金属杆在OP上滑行时.闭合回路中的感应电流是不变的.当金属杆进行了PO段后.金属杆上的感应电动势不变.为ε2= Bdv.而回路中的电阻R2=(d+vt)R.回路中的感应电流为I2=ε2/R2=Bdv/[(d+vt)R].当金属杆进人了PQ段后.感应电流的表达式说明随着时间的延长.回路中感应电流在减小.当时间t→∞时回路的感应电流 I2→0.回路中感应电流I1不变的时间为 t1=d/v.由以上分析可作出回路中的感应电流随时间变化的图线如图所示. [例9]在图甲中.直角坐标系0xy的1.3象限内有匀强磁场.第1象限内的磁感应强度大小为2B.第3象限内的磁感应强度大小为B.磁感应强度的方向均垂直于纸面向里.现将半径为l.圆心角为900的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动.导线框回路电阻为R. (1)求导线框中感应电流最大值. (2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象.(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t=0) (3)求线框匀速转动一周产生的热量. 解:(1)线框从图甲位置开始(t=0)转过900的过程中.产生的感应电动势为: 由闭合电路欧姆定律得.回路电流为: 联立以上各式解得: 同理可求得线框进出第3象限的过程中.回路电流为: 故感应电流最大值为: (2)I-t图象为: (3)线框转一周产生的热量: 又 解得: 试题展示 专题:电磁感应与力学综合 规律方法 一.与运动学与动力学结合的题目 变化过程是:导线受力做切割磁力线运动.从而产生感应电动势.继而产生感应电流.这样就出现与外力方向相反的安培力作用.于是导线做加速度越来越小的变加速直线运动.运动过程中速度v变.电动势BLv也变.安培力BlL亦变.当安培力与外力大小相等时.加速度为零.此时物体就达到最大速度. 如图所示.足够长的光滑导轨上有一质量为m.长为L.电阻为R的金属棒ab.由静止沿导轨运动.则ab的最大速度为多少(导轨电阻不计.导轨与水平面间夹角为θ.磁感应强度B与斜面垂直)金属棒ab的运动过程就是上述我们谈到的变化过程.当ab达到最大速度时: BlL=mgsinθ--① I=ε/R---② ε=BLv--③ 由①②③得:v=mgRsinθ/B2L2. [例1]如图所示.一倾斜的金属框架上设有一根金属棒.由于摩擦力的作用.在没有磁场时金属棒可在框架上处于静止状态.从t0时刻开始.给框架区域加一个垂直框架平面斜向上的逐渐增强的匀强磁场.到t时刻.棒开始运动.在t0到t这段时间内.金属棒所受的摩擦力 A.不断增大,B.不断减小,C.先减小后增大,D.先增大后减小 解析:当金属棒中无感应电流.它在导轨上处于静止时.沿平行于导轨方向上的合力为零.即mgsinθ=f0(其中m是金属棒的质量.f0为静摩擦力) 当闭合回路中加有垂直于导轨斜向上逐渐增强的匀强磁场时.由楞次定律可知回路中有顺时针方向的电流.金属棒受到的安培力平行于斜面向上.故平行导轨平面上的合外力在t0到t这段时间内的合外力为零.故有mgsinθ=FB+f0 --①.其中FB是金属棒所受到的安培力FB=BIL--②.由于磁场是均匀增大的.故回路中的感应电流不变.但是安培力FB将随着磁感强度增大而增大.由①可知.当FB增大时.f0将减小.当f0减小到零时. FB继续增大.那么金属棒将有向上运动的趋势.则摩擦力f0增大反向.沿导轨向下.并随着FB的增大而增大.当静摩擦力f0达到最大值时.金属棒将开始沿导轨向上运动.所以.选项C正确. 点评:金属棒的受力情况决定了它的运动状态.由于电磁感应现象.金属棒受到了安培力.而磁场的增大致使安培力增大.从而导致金属棒所受的静摩擦力也发生变化.本题题设中强调了在t时刻金属棒开始运动.所以分析过程中必须分析到金属棒运动的条件.本题若是没有强调金属是否运动.那么它所受到的摩擦力可能有两种情况:不断减小,先减小后增大. [例2]如图所示.足够长的U形导体框架的宽度L=0.40m.电阻不计.其所在平面与水平面成α=370角.磁感强度B=1.0 T的匀强磁场方向垂直于框平面.一根质量为m=0.20kg.有效电阻R=1.0Ω的导体棒MN垂直跨放在U形架上.该导体棒与框架间的动摩擦因数μ=0.50.导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时.通过的位移S=3.0m.求:(1)导体棒运动过程中某一0.2s内框架所夹部分扫过的最大面积.(2)导体棒从开始下滑到刚开始匀速运动这一过程中.导体棒的有效电阻消耗的电功.(sin370=0.6) 解析:(1)导体棒在平行框架平面上受到重力沿框架平面向下的分力Gx=mgsin370=0·6 mg.向上的滑动摩擦力f=μmgcos370=0·4 mg<Gx.框架向下作加速运动并切割磁感线.闭合回路中有感应电流.导体棒受安培力.沿框架平面向上.致使导体棒的加速度减小.当导体棒的加速度为零时.速度达到最大值vm.此时合外力为零.有Gx=f十FB. FB=Gx-f=0.2mg. FB=IBL=B2L2vm/R. vm=0.2mgR/B2L2=2.5m/s 当导体棒的速度达最大值时.在0.2s内所夹部分扫过的面积最大为Sm=Lvmt=0.2m2 (2)导体棒从开始下滑到刚开始作匀速运动这一过程中.导体棒在框架平面上滑动的距离为s. WG=0.6 mgs ΔEK=mvm2/2 Wf=-0·4mgs. 由功能原理可知 WR=0.6 mgs-mvm2/2-0.4 mgs=0.2 mgs-mvm2/2=0.575J=0.58J 点评:导体棒从开始运动到稳定的过程.是一个加速度减小的加速运动过程.第(1)问就是要求稳定的速度.也就是通过导体棒的合外力为零来求其最大速度,第(2)问则是要通过功能关系求此过程中电阻上消耗的电功.直接求电阻的电功是无法达到目的的. [例3]如图所示.水平放置的两根金属导轨位于方向垂直于导轨平面并指向纸里的磁场中.导轨上有两根小金属导体杆ab.cd.能沿导轨无摩擦地滑动.金属杆ab.cd与导轨间的接触电阻可忽略不计.开始时.ab.cd都是静止的.现在让cd杆以初速度v向右开始运动.如果两根导轨足够长.则( ) A.cd始终做减速运动.ab始终做加速运动并追上cd B.cd始终做减速运动.ab始终做加速运动.但追不上cd C.cd先做减速运动.后作加速运动.ab先做加速运动后作减速运动 D.开始cd做减速运动.ab做加速运动.最终两杆以相同速度做匀速运动 解析:cd以速度v向右运动.由cdba所组成的回路中磁通量增大.回路中就有逆时针方向的感应电流.感应电流在原磁场中受到安培力的作用.ab中有向右的安培力.使ab向右作加速运动.cd有向左的安培力.使cd作减速运动.但只要cd的速度大于ab的速度.回路中的磁通量还是增大的(但增大的速度变小.也就是磁通量的变化率在减小.回路中的感应电流在减小).也就是回路中还有逆时针方向的电流.致使ab继续加速.cd继续减速.当两者速度相等时.回路中的磁通量不变.则图回路中无感应电流.两杆将作匀速运动.故D选项正确. 点评:本题中的关键是分析 ab作加速运动.cd作减速运动.它们之间相对速度在减小.从而导致回路中磁通量增大的速度变小.即磁通量的变化率在减小.回路中的感应电流在减小.当电流减小为零时.两杆在运动方向再也不受到安培力的作用.它们就作匀速直线运动. [例4]如图所示.金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑.平行导轨的水平部分有竖直向上的匀强磁场B.水平部分导轨上原来放有一金属杆b.已知a杆的质量为ma.且与b杆的质量比为ma:mb=3:4.水平导轨足够长.不计摩擦.求:(1)当P棒进入磁场后.a.b棒各做什么运动?a和b的最终速度分别是多大?(2)a棒刚进入磁场时.a.b棒加速度之比为多少?整个过程中回路释放的电能是多少?(3)若已知a.b杆的电阻之比Ra:Rb=3:4.其余电阻不计.整个过程中a.b上产生的热量分别是多少? 解析:第一阶段.a下滑h高过程中机械能守恒 magh=½mav 第二阶段.a进入磁场后.回路中产生感应电流.a.b都受安培力作用.且两棒通过的电流相同.所受的安培力大小始终相等.a做减速运动.b做加速运动.加速度之比为 经一段时间.a.b速度达到相同.之后回路的磁通量不发生变化.感应电流为零.安培力为零.二者匀速运动.匀速运动的速度即为a.b的最终速度.设为v.由过程中a.b系统所受合外力为零动量守恒得mava=(ma+mb)v 由①②解得最终速度va=vb=v= (2)由能量守恒知.回路中产生的电能等于a.b系统机械能的损失.所以 E=magh一½(ma+mb)v2=magh (3)回路中产生的热量Qa十Qb=E.在回路中产生电能过程中.虽然电流不恒定.但由于Ra与Rb串联.通过a.b的电流总是相等的.所以应有.即.所以,. [例5]如图所示abcde和a/b/c/d/e/为两平行的光滑导轨.aa/=2cc/.de.d/e/部分为与直轨相切的半径均为R的半圆形轨道.且处于竖直平面内.直轨部分处于竖直向上的匀强磁场中.弯曲部分处于磁场外.在靠近aa/和cc/处有两根金属棒MN.PQ.质量分别为2m和m.为使棒PQ能沿导轨运动而通过半圆形轨道的最高点ee/.在初始位置必须给棒MN以多大的冲量(假设两段水平直轨道足够长.PQ出磁场时MN仍在宽轨道上运动). 解析:若棒刚好通过最高点.则由mg=mv/R得 ve= 由机械能守恒有½mvd2=½mve2十mg·2R 得vd= 棒MN减速.PQ加速.当MN的速度vl和棒PQ的速度v2达到vl=v2/2时回路中无感应电流.两者便做匀速运动.因而v2=vd=.vl=v2/2=/2 在感应电流存在的每一瞬间.棒MN和PQ所受安培力F1和F2间满足F1=2F2.则在回路中存在感应电流的时间t内有Fl=2F2 设棒MN的初速度为v0.在t内分别对两棒应用动量定理:一F1t=2mvl-2mv0.F2t=mv2.由上述方程可得到.所以.至少应给棒MN的冲量为I=2mv0=3m 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

精英家教网(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(精英家教网)、滑动变阻器(精英家教网)、电流表(精英家教网)、开关(精英家教网)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.
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(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(
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)、滑动变阻器(
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)、电流表(
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)、开关(
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)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.

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(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.


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(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

 

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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。

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