③由于电流表的分压,导致电压测量值偏大,而电流准确,根据【点睛】
滑动变阻器的分压和限流接法的区别和选用原则:
可知测量值偏大;
区别:(1)限流接法线路结构简单,耗能少;(2)分压接法电压调整范围大,可以从0到路端电压之间连续调节;
选用原则:(1)优先限流接法,因为它电路结构简单,耗能较少; (2)下列情况之一者,须采用分压接法:
①当测量电路的电阻远大于滑动变阻器阻值,采用限流法不能满足要求时(本题就是该例子); ②当实验要求多测几组数据(电压变化范围大),或要求电压从零开始调节;
③电源电动势比电压表量程大得多,限流法滑动变阻器调到最大仍超过电压表量程时。 电流表内接和外接的选用: 当当
时,宜采用内接法,即大电阻用内接法;
时,宜采用外接法,即小电阻用外接法;可记忆为―大内,小外‖。
12. 我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试103 m时才能达飞的新征程,假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6×
104 kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍,重力到起飞所要求的速度v=80 m/s,已知飞机质量m=7.0×加速度取
,求飞机滑跑过程中
(1)加速度a的大小; (2)牵引力的平均功率P。
2
106 W 【答案】(1)a=2m/s(2)P=8.4×
【解析】试题分析:飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,结合速度位移公式求解加速度;对飞机受力分析,结合牛顿第二定律,以及
求解牵引力的平均功率;
(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,有v2=2ax①,解得a=2m/s2② (2)设飞机滑跑受到的阻力为
,根据题意可得
=0.1mg③
设发动机的牵引力为F,根据牛顿第二定律有设飞机滑跑过程中的平均速度为,有在滑跑阶段,牵引力的平均功率
⑤
④;
106W. ⑥,联立②③④⑤⑥得P=8.4×
13. 如图所示,在水平线ab下方有一匀强电场,电场强度为E,方向竖直向下,ab的上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,磁场中有一内、外半径分别为R、
的半圆环形区域,外圆与ab
的交点分别为M、N。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在电场中P点静止释放,由M进入磁场,从N射出,不计粒子重力。学科.网
(1)求粒子从P到M所用的时间t;
(2)若粒子从与P同一水平线上的Q点水平射出,同样能由M进入磁场,从N射出,粒子从M到N的过程中,始终在环形区域中运动,且所用的时间最少,求粒子在Q时速度的大小。 【答案】(1)
(2)
【解析】试题分析:粒子在磁场中以洛伦兹力为向心力做圆周运动,在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,据此分析运动时间;粒子进入匀强磁场后做匀速圆周运动,当轨迹与内圆相切时,所有的时间最短,粒子从Q射出后在电场中做类平抛运动,在电场方向上的分运动和从P释放后的运动情况相同,所以粒子进入磁场时沿竖直方向的速度同样为v,结合几何知识求解.
(1)设粒子在磁场中运动的速度大小为v,所受洛伦兹力提供向心力,有设粒子在电场中运动所受电场力为F,有F=qE②;
设粒子在电场中运动的加速度为a,根据牛顿第二定律有F=ma③;
粒子在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,有v=at④;联立①②③④式得⑤;
(2)粒子进入匀强磁场后做匀速圆周运动,其周期和速度、半径无关,运动时间只由粒子所通过的圆弧所对的圆心角的大小决定,故当轨迹与内圆相切时,所有的时间最短,设粒子在磁场中的轨迹半径为,由几何关系可知
⑥
设粒子进入磁场时速度方向与ab的夹角为θ,即圆弧所对圆心角的一半,由几何关系可知⑦;
粒子从Q射出后在电场中做类平抛运动,在电场方向上的分运动和从P释放后的运动情况相同,所以粒子进入磁场时沿竖直方向的速度同样为v,在垂直于电场方向的分速度始终为,由运动的合成和分解可知
⑧
联立①⑥⑦⑧式得
⑨.
【点睛】带电粒子在组合场中的运动问题,首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况,再选择合适方法处理.对于匀变速曲线运动,常常运用运动的分解法,将其分解为两个直线的合成,由牛顿第二定律和运动学公式结合求解;对于磁场中圆周运动,要正确画出轨迹,由几何知识求解半径.
14. 真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置。图1是某种动力系统的简化模型,图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,电阻忽略不计,ab和cd是两根与导轨垂直,长度均为l,电阻均为R的金属棒,通过绝缘材料固定在列车底部,并与导轨良好接触,其间距也为l,列车的总质量为m。列车启动前,ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,如图1所示,为使列车启动,需在M、N间连接电动势为E的直流电源,电源内阻及导线电阻忽略不计,列车启动后电源自动关闭。
(1)要使列车向右运行,启动时图1中M、N哪个接电源正极,并简要说明理由; (2)求刚接通电源时列车加速度a的大小;
(3)列车减速时,需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域,磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为,此时ab、cd均在无磁场区域,试讨论:要使列车停下来,前方至少需要多少块这样的有界磁场?
【答案】(1)M接电源正极,理由见解析(2)
(3)若
恰好为整数,设其为n,则需设置n块有
界磁场,若不是整数,设的整数部分为N,则需设置N+1块有界磁场
【解析】试题分析:结合列车的运动方向,应用左手定则判断电流方向,从而判断哪一个接电源正极;对导体棒受力分析,根据闭合回路欧姆定律以及牛顿第二定律求解加速度;根据动量定理分析列车进入和穿出磁场时动量变化,据此分析;
(1)M接电源正极,列车要向右运动,安培力方向应向右,根据左手定则,接通电源后,金属棒中电流方向由a到b,由c到d,故M接电源正极。 (2)由题意,启动时ab、cd并联,设回路总电阻为设回路总电阻为I,根据闭合电路欧姆定律有设两根金属棒所受安培力之和为F,有F=BIl③ 根据牛顿第二定律有F=ma④,联立①②③④式得
⑤ ②
,由电阻的串并联知识得
①;
(3)设列车减速时,cd进入磁场后经时间ab恰好进入磁场,此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为
,平均感应电动势为,由法拉第电磁感应定律有
⑧
⑥,其中
⑦;
设回路中平均电流为,由闭合电路欧姆定律有设cd受到的平均安培力为,有
⑨
以向右为正方向,设时间内cd受安培力冲量为,有⑩
同理可知,回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值,设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为,有
?
设列车停下来受到的总冲量为联立⑥⑦⑧⑨⑩??式得
,由动量定理有
?
?
讨论:若恰好为整数,设其为n,则需设置n块有界磁场,若不是整数,设的整数部分为N,则需设
置N+1块有界磁场。?.
【点睛】如图所示,在电磁感应中,电量q与安培力的冲量之间的关系,如图所示,以电量为桥梁,直接把图中左右两边的物理量联系起来,如把导体棒的位移 和速度联系起来,但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动,无法直接使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解,所以这种方法就显得十分巧妙,这种题型难度最大。