(多选)关于磁场中的通电导线和运动电荷的有关说法中正确的是( )
A. 磁场对通电导线的作用力方向一定与磁场方向垂直
B. 通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用
C. 带电粒子在磁场中也可能做匀速直线运动
D. 在磁场中运动的带电粒子,其动能一定不变,而速度一定变化
知识点:磁场对通电导线的作用力
解:A、根据左手定则,磁场对通电导线的安培力方向一定与磁场方向垂直,故A正确;
B、通电导线在磁场中平行磁场方向防止时不受安培力,故B错误;
C、电荷在磁场中运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力,所以做匀速直线运动,故C正确;
D、带电粒子只受洛伦兹力作用时,由于洛伦兹力始终与速度方向垂直,所以其力只改变速度方向,不改变速度的大小,则动能不变,故D错误;
故选:AC.
(单选)图中的实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域的运动轨迹,a、b是其轨迹上的两点.若带电粒子在运动中只受电场力作用,由此图可判断下列说法错误的是( )
A. 带电粒子所带电荷的符号
B. 带电粒子在a、b两点的受力方向
C. 带电粒子在a、b两点的速度何处较大
D. 带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
知识点:带电粒子在电场中的运动
解:AB、由图,粒子的运动轨迹向左弯曲,说明粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左.由于电场线方向不明,无法确定粒子的电性.故A错误,B正确.
CD、由于粒子在a、b两点受到的电场力沿电场线向左,故从a到b电场力对粒子做负功,粒子的动能减小,电势能增大,则粒子在a点的速度较大,在b点电势能较大.故CD正确.
本题选错误的,故选:A.
(单选)电磁流量计广泛应用于测量可导电液体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积).为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道.其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线).图中流量计的上下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处加磁感应强度B的匀强磁场,磁场方向垂直前后两面.当导电流体稳定地流经流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接,I表示测得的电流值.已知流体的电阻率为ρ,不计电流表的内阻,则可求得流量为( )
A. B. C. D.
知识点:法拉第电磁感应定律
解:最终稳定时有:qvB=q.则v=
根据电阻定律R′=ρ,则总电阻R总=R′+R
所以U=IR总=
解得v=
所以流量Q=.故A正确,B、C、D错误.
故选:A.
(单选)如图所示,为一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电流的有效值是( )
A. 5A B. 5A C. A D. 10A
知识点:交变电流
解:设交流电电流的有效值为I,周期为T,电阻为R.
则I′2RT=R+=75RT
解得:I′=
故选:B
(单选) 如图甲所示,一理想变压器给一个小灯泡供电.当原线圈输入如图乙所示的交变电压时,额定功率10W的小灯泡恰好正常发光,已知灯泡的电阻为40Ω,图中电压表为理想电表,下列说法正确的是( )
A. 变压器输入电压的瞬时值表达式为μ=220sinπt(V)
B. 电压表的示数为220V
C. 变压器原、副线圈的匝数比为11:1
D. 变压器的输入功率为110W
知识点:变压器
解:A、由图象可知,ω=,故A错误
B、原线圈输入电压为220V,电压表示数为灯泡的额定电压U==20V,故B错误
C、由B分析,结合变压比公式得,=,故C正确
D、变压器的输入功率与输出功率相等,为10W,故D错误
故选C
(单选)为了让乘客乘车更为舒适,某搡究小组设计了一种新的交通工具,乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整,使座椅始终保持水平,如图所示,当此车减速上坡时(仅考虑乘客与水平面之间的作用),则关于乘客下列说法正确的是( )
A. 不受摩擦力的作用 B. 受到水平向左的摩擦力作用
C. 处于超重状态 D. 所受合力竖直向上
知识点:共点力的平衡
解:A、B、对乘客进行受力分析,乘客受重力,支持力,由于乘客加速度沿斜面向下,而静摩擦力必沿水平方向,由于乘客有水平向左的分加速度,所以受到向后(水平向左)的摩擦力作用.故A错误,B正确.
C、当此车减速上坡时,整体的加速度沿斜面向下,乘客具有向下的分加速度,所以根据牛顿运动定律可知乘客处于失重状态.故C错误;
D、由于乘客加速度沿斜面向下,根据牛顿第二定律得所受力的合力沿斜面向下.故D错误.
故选:B
(单选)如图,在倾角为α的固定光滑斜面上,有一用绳子栓着的长木板,木板上站着一只猫.已知木板的质量是猫的质量的2倍.当绳子突然断开时,猫立即沿着板向上跑,以保持其相对斜面的位置不变.则此时木板沿斜面下滑的加速度为( )
A. B. gsinα C. gsinα D. 2gsinα
知识点:牛顿第二定律
解:木板沿斜面加速下滑时,猫保持相对斜面的位置不变,即相对斜面静止,加速度为零.将木板和猫作为整体,
根据牛顿第二定律F合=F猫+F木板=0+2ma(a为木板的加速度),
整体受到的合力的大小为猫和木板沿斜面方向的分力的大小,
即F合=3mgsinα,解得a=gsinα,所以C正确.
故选C.
(多选)将甲乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出,抛出时间间隔2s,它们运动的图象分别如直线甲乙所示.则( )
A. t=2s时,两球的高度相差一定为40m
B. t=4s时,两球相对于各自的抛出点的位移相等
C. 两球从抛出至落到地面所用的时间间隔相等
D. 甲球从抛出至到达最高点的时间间隔与乙球相等
知识点:匀变速直线运动
解:A、根据速度时间图象与时间轴所围的“面积”表示质点的位移,知t=2s时,甲球通过的位移为x甲=×(30+10)×2m=40m,乙的位移为零,两球位移之差等于40m,但两球初始的高度未知,故t=2s时两球的高度相差不一定为40m.故A错误.
B、t=4s时,甲球相对于抛出点的位移为×30×3﹣×10×1=40m,乙球相对于抛出点的位移为×(30+10)×2m=40m,故两球相对于各自的抛出点的位移相等.故B正确.
C、两球从不同的高度以同样的速度竖直向上抛出,根据竖直上抛运动的规律x=﹣h=v0t﹣,h是抛出点距地面的高度,可知两球从抛出至落到地面所用的时间间隔t不相等.故C错误.
D、由图知,甲球从抛出至到达最高点的时间间隔与乙球相等,都是3s.故D正确.
故选:BD.
(单选) 我国“玉兔号”月球车被顺利送抵月球表面,并发回大量图片和信息.若该月球车在地球表面的重力为G1,在月球表面的重力为G2.已知地球半径为R1,月球半径为R2,地球表面处的重力加速度为g,则( )
A. “玉兔号”月球车在地球表面与月球表面质量之比为
B. 地球的质量与月球的质量之比为
C. 地球表面处的重力加速度与月球表面处的重力加速度之比为
D. 地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为
知识点:万有引力定律
解:A、质量是表示物体含物质多少的物理量,与引力无关,故“玉兔号”月球车在地球表面与月球表面质量之比为1:1,故A错误.
B、根据g=,有:M=,故地球的质量与月球的质量之比为:=,故B错误.
C、重力加速度:g=,故地球表面处的重力加速度与月球表面处的重力加速度之比为G1:G2,故C错误.
D、第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度:v=,故地球的第一宇宙速度与月球的第一宇宙速度之比为:==,故D正确.
故选:D.
(单选)如图所示,A、B两物体质量分别是mA和mB,用劲度系数为k的弹簧相连,A、B处于静止状态.现对A施竖直向上的力F提起A,使B对地面恰无压力.当撤去F,A由静止向下运动至最大速度时,重力做功为( )
A. B.
C. D.
知识点:牛顿第二定律
解:开始时B对地面恰无压力,故kx1=mBg,解得;
A速度最大时,处于平衡位置,有:kx2=mAg,解得;
故从静止向下运动至最大速度时,弹簧的位移为:x=x1+x2;
故重力做功为:=;
故选C.
(多选)船在静水中的速度是1m/s,河岸笔直,河宽恒定,河水流速为3m/s,以下说法正确的是( )
A. 因船速小于流速,船不能到达对岸
B. 船能沿直线过河
C. 船可以垂直过河
D. 船过河的最短时间是一定的
知识点:运动的合成和分解
解:A、尽管船的静水速度小于河水速度,仍能到达河对岸,只是不能到达正对岸,选项A错误.
B、船在静水中的速度恒定,河水的速度也恒定,所以,船的实际运动时直线运动,选项B正确.
C、因船的静水速度小于河水的速度,所以船不能垂直渡河.选项C错误.
D、当船头始终指向河对岸时,船渡河的时间最短,所以船过河的最短时间是一定的,选项D正确.
故选:BD
(多选)如图所示,长木板A放在光滑的水平面上,质量为m=4kg的小物体B以水平速度v0=2m/s滑上原来静止的长木板A的表面,由于A、B间存在摩擦,之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示,取g=10m/s2,则下列说法正确的是( )
A. 木板A获得的动能为2J B. 系统损失的机械能为2J
C. 木板A的最小长度为2m D. A、B间的动摩擦因数为0.1
知识点:能量守恒定律与能源
解:A、由图示图象可知,木板获得的速度为v=1m/s,A、B组成的系统动量守恒,以B的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(M+m)v,
解得:M=4kg,
木板A的质量为 M=4kg,木板获得的动能为:Ek=Mv2=×4×12=2J,故A正确.
B、系统损失的机械能△E=mv02﹣mv2﹣Mv2,代入数据解得:△E=4J,故B错误;
C、由图得到:0﹣1s内B的位移为xB=×(2+1)×1m=1.5m,A的位移为xA=×1×1m=0.5m,木板A的最小长度为L=xB﹣xA=1m,故C错误.
D、由图示图象可知,B的加速度:a===﹣1m/s2,负号表示加速度的方向,由牛顿第二定律得:μmBg=mBa,代入解得,μ=0.1,故D正确.
故选:AD.
在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,要测量一个标有“3V 1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流,现有如下器材:
A.直流电源3V(内阻可不计) B.直流电流表0~600mA(内阻约0.5Ω)
C.直流电压表0~3V(内阻约3kΩ) D.滑动变阻器(10Ω,1A)
E.滑动变阻器(1kΩ,300mA) F 开关、导线若干
(1)本实验中滑动变阻器选用 D (填“D”或“E”)
(2)某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图1所示,电路中所有元器件都是完好的,且电压表和电流表已调零.闭合开关后发现电压表的示数为2V,电流表的示数为零,小灯泡不亮,则可确定断路的导线是 d ;若电压表示数为零,电流表的示数为0.3A,小灯泡亮,则断路的导线是 h ;若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化,但电压表、电流表示数不能调为零,则断路的导线是 g .
(3)下表中的各组数据是该同学在实验中测得的,根据表格中的数据在如图2所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线.
U(V) I(A)
0 0
0.5 0.17
1.0 0.30
1.5 0.39
2.0 0.45
2.5 0.49
(4)如图3所示,将两个这样的灯泡并联后再与5Ω的定值电阻R0串联,接在电压恒定为4V的电路上,每个灯泡的实际功率为 0.30 w(结果保留两位有效数字).
知识点:描绘小灯泡的伏安特性曲线
解:(1)由图1所示电路图可知,滑动变阻器采用分压接法,为方便实验操作,滑动变阻器应选D.
(2)根据电路图电路中所有元器件都完好,且电压表和电流表已调零.闭合开关后,发现电压表的示数为2V,电流表的示数为零,小灯泡不亮,则判断断路的导线为 d;若电压表的示数为零,电流表的示数为0.3A,小灯泡亮,则断路的导线为 h;若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化,但电压表、电流表的示数不能调为零,则断路的导线为g.
(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后作出图象如图所示:
(4)在如图3所示电路中,U=E﹣2IR0=4﹣2×5I=4﹣10I,即U=4﹣10I,
在灯泡的I﹣U图象中作出等效电源的I﹣U图象如图所示,
由图象可知,灯泡两端电压为1.0V,通过灯泡的电流为0.3A,
每个灯泡消耗的实际功率P=UI=1.0×0.3=0.30W;
故答案为:(1)D;(2)d;h;g;(3)图象如图所示;(4)0.30.
两块质量都是m的木块A和B在光滑水平面上均以速度向左匀速运动,中间用一根劲度系数为k的轻弹簧连接着,如图所示.现从水平方向迎面射来一颗子弹,质量为,速度为v0,子弹射入木块A并留在其中.求:
(1)在子弹击中木块后的瞬间木块A、B的速度vA和vB的大小;
(2)在子弹击中木块后的运动过程中弹簧的最大弹性势能.
知识点:动量守恒定律
解:(1)在子弹打入木块A的瞬间,由于相互作用时间极短,
弹簧来不及发生形变,A、B都不受弹力的作用,故vB=v0;
由于此时A不受弹力,木块A和子弹构成的系统在这极短过程中不受外力作用,系统动量守恒,
以子弹与A组成的系统为研究对象,以子弹的初速度方向为正方向,:
由动量守恒定律得:mv0﹣m•=(m+m)vA,解得:vA=﹣v0,负号表示方向向左;
(2)由于木块A、木块B运动方向相同且vA<vB,故弹簧开始被压缩,
分别给A、B木块施以弹力,使得木块A加速、B变减速运动,弹簧不断被压缩,
弹性势能增大,直到二者速度相等时弹簧弹性势能最大,
在弹簧压缩过程木块A(包括子弹)、B与弹簧构成的系统动量守恒,机械能守恒.
设弹簧压缩量最大时共同速度为v,弹簧的最大弹性势能为Epm,
以A、B与弹簧组成的系统为研究对象,以向左为正方向,
由动量守恒定律得:mvA+mvB=(m+m)v,
•mvA2+ mvB2= (m+m)v2+Epm,
解得:v=v0,Epm=mv02;
答:(1)在子弹击中木块后的瞬间木块A、B的速度分别为v0、v0;
(2)在子弹击中木块后的运动过程中弹簧的最大弹性势能为mv02.
如图所示,用长为l的绝缘细线拴一个质量为m、带电量为+q的小球(可视为质点)后悬挂于O点,整个装置处于水平向右的匀强电场E中.将小球拉至使悬线呈水平的位置A后,由静止开始将小球释放,小球从A点开始向下摆动,当悬线转过60°角到达位置B时,速度恰好为零.求:
(1)B、A两点的电势差UBA
(2)电场强度E
(3)小球到达B点时,悬线对小球的拉力T.
知识点:动能和动能定理
解:(1)小球由A到B过程中,由动能定理得:
mgLsin60°+qUAB=0
所以UAB=﹣
(2)BA间电势差为UBA=﹣UAB=
则场强E==
(3)小球在AB间摆动,由对称性得知,B处绳拉力与A处绳拉力相等,而在A处,由水平方向平衡有:
FTA=Eq=,所以FTB=FTA=
答:(1)B、A两点的电势差UBA为﹣;(2)电场强度E为;(3)小球到达B点时,悬线对小球的拉力T为
如图甲所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距L=0.20m,电阻R=1.0Ω,有一导体杆静止放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得力F与时间t的关系如图乙所示,求杆的质量m和加速度a.
知识点:法拉第电磁感应定律
解:导体杆在轨道上做匀加速直线运动,用υ表示其速度,t表示时间,则有:
υ=at…①
杆切割磁力线,将产生感应电动势:
E=Blυ…②
在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流为:…③
杆受到的安培力为:
f=BIl…④
根据牛顿第二定律,有:
F﹣f=ma…⑤
联立以上各式,得:…⑥
由图线上取两点代入⑥式,可解得:
a=10m/s2,m=0.1kg
答:杆的质量为m=0.1kg,其加速度为a=10m/s2.
如图所示,在直角坐标系xOy平面的第Ⅱ象限内有半径为R的圆O1分别与x轴、y轴相切于P(﹣R,0)、Q(0,R) 两点,圆O1内存在垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.与y轴负方向平行的匀强电场左边界与y轴重合,右边界交x轴于M点,一带正电的粒子A(重力不计)电荷量为q、质量为m,以某一速率垂直于x轴从P点射入磁场,经磁场偏转恰好从Q点进入电场,最后从M点以与x轴正向夹角为45°的方向射出电场.求:
(1)OM之间的距离;
(2)该匀强电场的电场强度E;
(3)若另有一个与A的质量和电荷量相同、速率也相同的粒子A′,从P点沿与x轴负方向成30°角的方向射入磁场,则粒子A′再次回到x轴上某点时,该点的坐标值为多少?
知识点:带电粒子在电场中的运动
解:(1)设粒子A速率为v0,其轨迹圆圆心在O点,故A运动至D点时速度与y轴垂直,粒子A从D至G作类平抛运动,
令其加速度为a,在电场中运行的时间为t,
则有:
x=OG=v0t …①
和 tan45°== …②
联立①②解得:==tan45°=
故有:OG=2R…③
(2)粒子A的轨迹圆半径为R,由
得 …④
…⑤
联立①③⑤得
解得:E=
(3)令粒子A′轨迹圆圆心为O′,因为∠O′CA′=90°,O′C=R,以 O′为圆心,R为半径做A′的轨迹圆交圆形磁场O1于H点,
则四边形CO′H O1为菱形,故O′H∥y轴,粒子A′从磁场中出来交y轴于I点,HI⊥O′H,
所以粒子A′也是垂直于y轴进入电场的,令粒子A′从J点射出电场,交x轴于K点,
因与粒子A在电场中的运动类似,
∠JKG=45°,GK=GJ.
OI﹣JG=R
又OI=R+Rcos30°
解得:JG=Rcos30°=R
粒子A′再次回到x轴上的坐标为(2R+R,0)
答:(1)OG之间的距离2R;
(2)该匀强电场的电场强度;
(3)若另有一个与A的质量和电荷量相同、速率也相同的粒子A′,从C点沿与x轴负方向成30°角的方向射入磁场,则粒子A′再次回到x轴上某点时,该点的坐标值为(2R+R,0).