如图所示,两条足够长的平行长直金属细导轨KL、PQ固定于同一水平面内,它们之间的距离为L=1m,电阻可忽略不计,ab和cd是两根质量均为m=1kg的金属细杆,杆与导轨垂直且与导轨接触良好,两杆与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,两杆的电阻均为R=1Ω。杆cd的中点系一轻绳,绳的另一端绕过轻质光滑定滑轮,悬挂一质量为M=4kg的物体,滑轮与转轴之间的摩擦不计,滑轮与杆cd之间的轻绳处于水平伸直状态并与导轨平行。导轨和金属细杆都处于匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在平面向上,磁感应强度的大小为B=1T。现两杆及悬挂物都从静止开始运动。求:
(1)当ab杆及cd杆的速度分别达到
和
时,两杆加速度
、
的大小;
(2)最终ab杆及cd杆的速度差。
(1)当ab杆及cd杆的速度分别达到
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(2)最终ab杆及cd杆的速度差。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/7/3/2497839597576192/2499039443910656/STEM/e753942b-1f95-44c0-9267-71143d5f8d12.png?resizew=316)
更新时间:2020-07-05 04:11:40
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解答题
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较难
(0.4)
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【推荐1】升降机以加速度
在竖直方向运动。升降机内有一与水平地板成
角的光滑斜面,一物体从斜面顶端由相对静止下滑。设斜面顶端离地板高h=1m,g取
,求物体滑到斜面底端所需的时间t。
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较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图甲所示,两根相距L的“
”形平行光滑的金属导轨由倾斜部分和水平部分组成,
为倾斜导轨与水平导轨平滑衔接点,倾斜部分的倾角为
,在方形区域
内存在一垂直斜面向上的匀强磁场,其磁感应强度B随时间t的变化图像如图乙所示;在水平导轨的右端
区域存在另一垂直水平导轨向下的匀强磁场
,导体棒cd静置于磁场中,其中点用轻绳经过滑轮与质量为M的物块相连,物块放在水平地面上,轻绳处于竖直方向上且刚好张紧;
时,一质量为m的导体棒ab从距离
边界L处静止释放,两导体棒始终与导轨垂直且接触良好。已知:
,
,
,ab棒的电阻
,cd棒的电阻
,
,
,
,求:
(1)
时导体棒ab中电流大小;
(2)定量画出
时间内物块对地面的压力随时间变化的关系图,并写出计算过程;
(3)导体棒ab从静止释放至运动到
过程中ab棒产生的焦耳热。
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(1)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d0c4f8b7a60a52076616349a45d6a4ed.png)
(2)定量画出
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84dff10a91efa37897499da381b859ff.png)
(3)导体棒ab从静止释放至运动到
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/88c91725cdcd86f28060277a45dd5285.png)
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(0.4)
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解题方法
【推荐3】如题图所示,绝缘长板A静置于水平面上,绝缘长板A左端到固定竖直挡板的距离
,带正电且电荷量
的物块B(可视为质点)置于绝缘长板A右端,绝缘长板A上表面水平,整个装置处于水平向左的匀强电场中,场强大小
。已知A、B质量均为
,A与水平面间动摩擦因数
,A与B间动摩擦因数
,最大静摩擦力均等于滑动摩擦力,绝缘长板A与挡板间的碰撞为弹性碰撞,碰撞时间很短可不计,绝缘长板A足够长,物块B始终未离开绝缘长板A,重力加速度g取
。现将物块B从静止开始无初速度释放,不计空气阻力,求:
(1)绝缘长板A第一次与固定竖直挡板碰撞前瞬时速度大小;
(2)从物块B静止释放开始,到绝缘长板A第二次与固定竖直挡板碰撞前瞬时,A、B相对位移大小;
(3)在物块B全程运动过程中,电场力对物块B所做的功(结果保留2位小数)。
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(1)绝缘长板A第一次与固定竖直挡板碰撞前瞬时速度大小;
(2)从物块B静止释放开始,到绝缘长板A第二次与固定竖直挡板碰撞前瞬时,A、B相对位移大小;
(3)在物块B全程运动过程中,电场力对物块B所做的功(结果保留2位小数)。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/1/1/6f29c48e-ccce-417e-b820-00d489e55fcb.png?resizew=220)
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【推荐1】为解释低温超导现象,1934年高特和卡西米尔提出了二流体模型。该模型认为,当温度降低至临界温度以下时,正常电子将有一部分“凝聚”为超导电子。正常电子在金属内定向移动时会与晶格发生碰撞,形成宏观上的电阻;而超导电子则与之不同,可以在晶格中自由穿行而不受阻力作用,表现为理想的导电性。
设一段横截面积为S的超导体中,超导电子的数密度为
,质量为
,所带电荷量为
,定向移动速度为
。
(1)根据电流的定义求超导电子所形成的超导电流
;
(2)假设超导体内存在电场强度为E的电场。
①求超导电流随时间的变化率
与E之间的关系;
②对于正常电子形成的电流I,根据欧姆定律证明
,其中ρ为对应于正常电流的电阻率;
③请根据以上结论判断,在超导电流稳定的情况下超导体内是否会存在正常电流,并说明理由。
设一段横截面积为S的超导体中,超导电子的数密度为
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(1)根据电流的定义求超导电子所形成的超导电流
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(2)假设超导体内存在电场强度为E的电场。
①求超导电流随时间的变化率
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②对于正常电子形成的电流I,根据欧姆定律证明
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f8d3f3ab858fd7ea43fd744eda0d22d5.png)
③请根据以上结论判断,在超导电流稳定的情况下超导体内是否会存在正常电流,并说明理由。
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(0.4)
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【推荐2】如图所示,电源两端电压U保持不变.当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器接入电路中的电阻为RA时,电压表的示数为U1,电流表的示数为I1,电阻R1的电功率为P1,电阻RA的电功率为PA;当开关S1、S2都闭合,滑动变阻器接入电路中的电阻为RB时,电压表的示数U2为2V,电流表的示数为I2,电阻RB的电功率为PB;当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器滑片P位于最右端时,电阻R2的电功率为8W.已知:R1:R2=2:1,P1:PB=1:10,U1:U2=3:2.求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/7/73c39e34-f1e1-402f-b759-bd00ecf99890.png?resizew=275)
(1)电源两端的电压U;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电阻RA的电功率PA.
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(1)电源两端的电压U;
(2)电阻R2的阻值;
(3)电阻RA的电功率PA.
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(0.4)
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【推荐3】对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质.一段横截面积为S、长为l的金属电阻丝,单位体积内有n个自由电子,每一个电子电量为e.该电阻丝通有恒定电流时,两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v.
(1)求导线中的电流I;
(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功.为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红记得老师上课讲过,W=UIt,但是不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的场强,即E=
,设导体中全部电荷为q后,再求出电场力做的功
,将q代换之后,小红没有得出W=UIt的结果.
a. 请帮助小红补充完善这个问题中电流做功的求解过程.
b. 为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量.若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为
,试证明:
.
(3)由于恒定电场的作用,导体内自由电子会发生定向移动,但定向移动的速率远小于自由电子热运动的速率,而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速,因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化.金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞.假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0(这个时间由自由电子热运动决定,为一确定值),碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计.请根据以上内容,推导证明金属电阻丝的电阻率与金属丝两端的电压无关.
(1)求导线中的电流I;
(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功.为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红记得老师上课讲过,W=UIt,但是不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的场强,即E=
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a. 请帮助小红补充完善这个问题中电流做功的求解过程.
b. 为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量.若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为
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(3)由于恒定电场的作用,导体内自由电子会发生定向移动,但定向移动的速率远小于自由电子热运动的速率,而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速,因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化.金属电阻反映的是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞.假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0(这个时间由自由电子热运动决定,为一确定值),碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计.请根据以上内容,推导证明金属电阻丝的电阻率与金属丝两端的电压无关.
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(0.4)
【推荐1】如图甲所示,两根足够长的光滑平行直导轨固定在水平面上,导轨左侧连接一电容器,一金属棒垂直放在导轨上,且与导轨接触良好。在整个装置中加上垂直于导轨平面的磁场,磁感应强度按图乙所示规律变化。0~t0内在导体棒上施加外力使导体棒静止不动,t0时刻撤去外力。已知电容器的电容为C,两导轨间距为L,导体棒到导轨左侧的距离为d,导体棒的质量为m。求:
(1)电容器带电量的最大值;
(2)导体棒能够达到的最大速度vm。
(1)电容器带电量的最大值;
(2)导体棒能够达到的最大速度vm。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/4/29/2452054332448768/2452583910416384/STEM/dd82b46d-f8e9-405b-b234-88ac9836f1d9.png?resizew=333)
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(0.4)
【推荐2】如图所示,在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN、PQ,导轨足够长,间距为L,其电阻不计,导轨平面与磁场垂直,ab、cd为两根垂直于导轨水平放置的金属棒,其接入回路中的电阻均为R,质量均为m,与金属导轨平行的水平轻质细线一端固定,另一端与cd棒的中点连接.一开始细线处于伸直状态,ab棒在平行于导轨的水平拉力F的作用下从静止开始以恒定加速度a向右做匀加速直线运动,经时间t0细线被拉断,两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直.求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/8/8/af65af3a-60ac-489a-9e9d-f01892effa8d.png?resizew=311)
(1)细线能承受的最大拉力F0;
(2)绳拉断前的过程中通过导体ab的电量q;
(3)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,求两根金属棒之间距离增量△x的最大值及绳断后回路中产生的总焦耳热.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/8/8/af65af3a-60ac-489a-9e9d-f01892effa8d.png?resizew=311)
(1)细线能承受的最大拉力F0;
(2)绳拉断前的过程中通过导体ab的电量q;
(3)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,求两根金属棒之间距离增量△x的最大值及绳断后回路中产生的总焦耳热.
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(0.4)
【推荐3】如图所示,电阻不计的粗糙金属轨道MN与M′N′平行放置,轨道间距L=2m,轨道平面与水平方向成37°角。同种材料、粗细均匀的正方形金属框abcd边长也为L,a、d两点通过铰链与轨道连接。在外力F0(F0未知)的作用下,使金属框abcd以ad为转轴顺时针匀速转动,转动角速度ω=1rad/s。t=0时刻,ab边、cd边分别与轨道重合,此时水平放置的导体杆ef在导轨上静止释放。已知导体杆ef与轨道之间的动摩擦因数μ=
(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),且杆ef与ad间距足够远。金属框abcd质量
,各边电阻均为1Ω;杆ef质量m2=
kg,电阻为1Ω;空间存在平行于轨道且斜向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)金属框abcd从t=0时刻转过37°时,请比较b点与c点的电势高低,并求出bc边产生的电动势;
(2)金属框abcd从t=0时刻转过90°的过程中,求外力F0对金属框abcd所做的功W;
(3)金属框abcd从t=0时刻转过90°时,求杆ef的瞬时速度大小。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8b2a698891d42c70b597f0da4f215f09.png)
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(1)金属框abcd从t=0时刻转过37°时,请比较b点与c点的电势高低,并求出bc边产生的电动势;
(2)金属框abcd从t=0时刻转过90°的过程中,求外力F0对金属框abcd所做的功W;
(3)金属框abcd从t=0时刻转过90°时,求杆ef的瞬时速度大小。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/11/11/2848904430764032/2851350082863104/STEM/18d174e1-024f-428b-9071-500fe9d8116d.png?resizew=396)
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(0.4)
【推荐1】如图所示,两根相距为L=1m的足够长的平行光滑金属导轨,位于水平的xOy平面内,一端接有阻值为R=6Ω的电阻.在x>0的一侧存在垂直纸面向里的磁场,磁感应强度B只随t的增大而增大,且它们间的关系为B=kt,其中k=4T/s.一质量为m=0.5kg的金属杆与金属导轨垂直,可在导轨上滑动,当t=0时金属杆静止于x=0处,有一大小可调节的外力F作用于金属杆,使金属杆以恒定加速度a=2m/s2沿x轴正向做匀加速直线运动.除电阻R以外其余电阻都可以忽略不计.求:当t=4s时施加于金属杆上的外力为多大.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2016/11/29/1836144229654528/1826279701143552/STEM/2d02eef3-0210-4198-a95e-36445f906ed2.png?resizew=282)
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(0.4)
名校
【推荐2】如图,一宽度L=0.4m的U形光滑金属框架水平放置,开口向右,在框架所在范围内存在方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.2T。一质量m=0.05kg、电阻R=1
的金属杆垂直于框架的两平行边,静置其上。现在水平外力F的作用下,使杆ab以恒定加速度a=2m/s2,由静止开始沿框架向右做匀加速运动(不计框架电阻,框架足够长)。 求:
(1)水平外力F与时间t函数关系。
(2)水平外力F作用5秒后撤去,分析并说明金属杆ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况。
(3)水平外力F作用5秒后撤去,金属杆ab在整个运动过程中的总位移大小。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0cb9ad1e34877b0db02d0219332b0f7b.png)
(1)水平外力F与时间t函数关系。
(2)水平外力F作用5秒后撤去,分析并说明金属杆ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况。
(3)水平外力F作用5秒后撤去,金属杆ab在整个运动过程中的总位移大小。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/7/2/2497385123291136/2497474600361984/STEM/13b46a04d9434a93bfc933e70bfcfa63.png?resizew=179)
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解答题
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较难
(0.4)
名校
【推荐3】如图甲所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L1=1m,导轨平面与水平面成θ=30°角,上端连接阻值R=1.5Ω的电阻,质量为m=0.2Kg、阻值r=0.5Ω的金属棒放在两导轨上,距离导轨最上端为L2=4m,棒与导轨垂直并保持良好接触.整个装置处于一匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示.为保持ab棒静止,在棒上施加了一平行于导轨平面的外力F,g=10m/s2求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/26/fe55b0c7-a059-4493-8926-14b115523036.png?resizew=397)
(1)当t=1s时,棒受到安培力F安的大小和方向;
(2)当t=1s时,棒受到外力F的大小和方向;
(3)4s后,撤去外力F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将R两端的电压即时采集并输入计算机,在显示器显示的电压达到某一恒定值后,记下该时刻棒的位置,测出该位置与棒初始位置相距2m,求棒下滑该距离过程中通过金属棒横截面的电荷量q.
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(1)当t=1s时,棒受到安培力F安的大小和方向;
(2)当t=1s时,棒受到外力F的大小和方向;
(3)4s后,撤去外力F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将R两端的电压即时采集并输入计算机,在显示器显示的电压达到某一恒定值后,记下该时刻棒的位置,测出该位置与棒初始位置相距2m,求棒下滑该距离过程中通过金属棒横截面的电荷量q.
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