会当凌绝顶、一览众山小
(2)开关闭合前滑动变阻器的滑片应在变阻器的 (选填“左端”或“右端”)。
(3)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,由图线可求得此灯泡正常工作的电阻为 Ω。
解析:(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线时,电压要求从0开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法,实验器材连接如图所示。
(2)为了保护小灯泡及电表,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应在变阻器的左端。
(3)当小灯泡正常工作时,其两端的电压为2.8 V,通过图线可以发现,此时通过小灯泡的电流为0.28 A,所以灯泡在正常工作时的电阻为R==答案:(1)见解析图 (2)左端 (3)10
21.(6分)如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流I(方向如图所示),在天平两边加上质量分别为m1,m2的砝码时,天平平衡;当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平又重新平衡。求:
Ω=10 Ω。
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(1)线圈所受安培力的大小; (2)磁感应强度的方向; (3)磁感应强度的大小。
解析:(1)因为电流反向时,右边再加砝码才能重新平衡,所以此时安培力竖直向上。 电流反向时,右侧的安培力变化为2F安,由平衡条件可知2F安=mg, 即线圈所受安培力的大小F安=mg。
(2)由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里,即磁感应强度的方向垂直于纸面向里。 (3)又由安培力公式可知F安=NBIL, 即得磁感应强度的大小为B=。
答案:(1)mg (2)垂直于纸面向里 (3) 22.(7分)航空模型兴趣小组设计出一架遥控飞行器,它的质量m=2 kg,动力系统提供的竖直向上的升力恒为F=28 N。试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升。第一次试飞,飞行器飞行t1=8 s时到达高度H=64 m。设飞行器飞行时所受阻力大小不变,重力加速度g取10 m/s2。 (1)求飞行器所受阻力Ff的大小;
(2)第二次试飞,飞行器飞行t2=6 s时动力系统出现故障,升力立即失去。求飞行器飞离地面的最大高度h。
解析:(1)第一次飞行中,设加速度为a 则有H=a
得a=2 m/s2
由牛顿第二定律得F-mg-Ff=ma
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解得Ff=4 N。
(2)第二次飞行中,设失去升力时的速度为v,上升的高度为h1,则有h1=av=at2
设失去升力后的加速度为a′,上升的高度为h2 由牛顿第二定律得mg+Ff=ma′ 且有v2=2a′h2 解得h=h1+h2=42 m。 答案:(1)4 N (2)42 m
23.(9分)如图所示,水平实验台表面光滑,其末端AB段表面粗糙且可伸缩,AB总长度为2 m,动摩擦因数μ1=0.2。弹簧左端与实验平台固定,右端有一可视为质点,质量为2 kg(未与弹簧固定连接)的小球。弹簧压缩量不同时,则将弹出去的速度不同。光滑圆弧轨道固定在地面并与一段动摩擦因数μ2=0.4的粗糙水平地面无缝连接。实验平台距地面高度h=0.53 m,BC两点水平距离xBC=0.9 m,圆弧半径R=0.4 m,∠COD=37°,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
,
(1)轨道末端AB段不缩短,某次压缩弹簧后将小球弹出,小球落在C点后进入圆弧轨道,求该次弹簧静止释放时的弹性势能。
(2)在上一问中,当小球进入圆弧轨道,沿着圆弧轨道运动后能在DE上继续滑行2 m,求在接触圆弧轨道时损失的机械能。
(3)通过调整弹簧压缩量,并将AB段缩短,小球弹出后恰好无碰撞从C点进入圆弧轨道,求小球从平台飞出的初速度大小以及AB段缩短的距离。 解析:根据题意,C点到地面高度 hC=R-Rcos 37°=0.08 m 小球从B点飞出后做平抛运动, 根据平抛运动规律,有 h-hC=gt2, xBC=vBt,
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联立解得t=0.3 s,vB=3 m/s 根据能量守恒定律可知 Ep=μ1mgLAB+m
=17 J。
(2)小球在DE阶段做匀减速直线运动, 有a==μ2g=4 m/s2,
根据匀变速直线运动规律,有
-=-2axDE
解得vD=4 m/s
设小球从C沿着光滑圆弧轨道下滑的初速度为vC′, 则根据机械能守恒定律,有mvC′2+mghC=m
解得vC′= m/s
而根据小球从B点飞出后做平抛运动,求得小球到达C点的速度 vC==3 m/s, 说明小球在接触圆弧轨道时有机械能损失,损失的机械能ΔE=m-mvC′2=3.6 J。
(3)小球弹出后恰好无碰撞从C点进入圆弧轨道,说明小球落到C点时的速度方向正好沿着该点圆弧轨道的切线,设∠COD为α, 则tan α=
由于高度没变,所以vy′=gt=3 m/s, 且α=37°, 则v0′=
=4 m/s,
对应的水平位移为 x′=v0′t=1.2 m,
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