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题型:简答题
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简答题

关于点电荷周围电势大小的公式为U=kQ/r,式中常量k>0,Q为点电荷所带的电量,r为电场中某点距点电荷的距离.如图所示,两个带电量均为+q的小球B、C,由一根长为L的绝缘细杆连接,并被一根轻质绝缘细线静止地悬挂在固定的小球A上,C球离地的竖直高度也为L.开始时小球A不带电,此时细线内的张力为T0;当小球A带Q1的电量时,细线内的张力减小为T1;当小球A带Q2的电量时,细线内的张力大于T0

(1)分别指出小球A带Q1、Q2的电荷时电量的正负;

(2)求小球A分别带Q1、Q2的电荷时,两小球B、C整体受到小球A的库仑力F1与F2大小之比;

(3)当小球A带Q3的电量时细线恰好断裂,在此瞬间B、C两带电小球的加速度大小为a,求Q3

(4)在小球A带Q3(视为已知)电量情况下,若B球最初离A球的距离为L,在细线断裂到C球着地的过程中,小球A的电场力对B、C两小球整体做功为多少?(设B、C两小球在运动过程中没有发生转动)

正确答案

(1)对B、C整体分析,当小球A带Q1的电量时,细线内的张力减小为T1

根据平衡条件得小球A带Q1电荷时电量为负,

当小球A带Q2的电量时,细线内的张力大于T0.根据平衡条件得小球A带Q2电荷时电量为正.                       

(2)根据库仑定律得

F1=+

F2=+

=.                                               

(3)细线断裂时(加速)

根据牛顿第二定律得:

GBC+F3=mBCa┅①,

球A不带电时(平衡)

根据平衡条件得:

GBC=T0┅②,

由①、②式,可得F3=-T0┅③.

运用(2)的结论,得

=┅④,

再利用③、④式,得

Q3=

T0(a-g)

(T0-T1)g

 Q1.                    

(4)小球A的电场力对B、C两小球整体做功等于各自做功的代数和.

W=WAB+WAC

WAB=(-)q

WAC=(-)q,

W=

答:(1)小球A带Q1电荷时电量为负,小球A带Q2电荷时电量为正;

(2)小球A分别带Q1、Q2的电荷时,两小球B、C整体受到小球A的库仑力F1与F2大小之比是

(3)当小球A带Q3的电量时细线恰好断裂,在此瞬间B、C两带电小球的加速度大小为a,Q3是=

T0(a-g)

(T0-T1)g

 Q1.     

(4)在小球A带Q3(视为已知)电量情况下,若B球最初离A球的距离为L,在细线断裂到C球着地的过程中,小球A的电场力对B、C两小球整体做功为

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简答题

一台小型电动机在3V电压下工作,用此电动机提升所受重力为4N的物体时,通过它的电流是0.2A.在30s内可使该物体被匀速提升3m.若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求:

(1)电动机的输入功率;

(2)在提升重物的30s内,电动机线圈所产生的热量;

(3)线圈的电阻.

正确答案

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简答题

如图所示,足够长的两根相距为0.5m的平行光滑导轨竖直放置,导轨电阻不计,磁感应强度B为0.8T的匀强磁场的方向垂直于导轨平面.两根质量均为0.04kg、电阻均为0.5Ω的可动金属棒ab和cd都与导轨始终接触良好,导轨下端连接阻值为1Ω的电阻R,金属棒ab用一根细绳拉住,细绳允许承受的最大拉力为0.64N.现让cd棒从静止开始落下,直至细绳刚被拉断时,此过程中电阻R上产生的热量为0.2J,求:

(1)此过程中ab棒和cd棒产生的热量Qab和Qcd

(2)细绳被拉断瞬时,cd棒的速度v.

(3)细绳刚要被拉断时,cd棒下落的高度h.

正确答案

(1)由焦耳定律,得   Q=I2Rt

     又由电路串并联规律得 Iab:Icd:IR=2:3:1

     则Qab=2QR=0.4J   Qcd=QR=0.9J

此过程中ab棒和cd棒产生的热量Qab=0.4J,Qcd=0.9J

(2)当ab棒被拉断瞬间有 F+mg-Tm=0

        F=BIL    

       由欧姆定律得,I=×

         R总=r+=Ω

        由电磁感应定律,得:E=BLv

              v=1.875m/s

细绳被拉断瞬时,cd棒的速度1.875m/s

      (3)cd棒下落过程由能量守恒得

         mgh=mv2+Qab+Qcd+QR

        则   h≈3.926m

细绳刚要被拉断时,cd棒下落的高度为3.926m

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简答题

(选做,适合选修3-3的同学)

有一台热机,从热源每小时吸收7.2×107J的热量,向冷凝器放出3.6×107J的热量,热机传动部分的热量为从热源吸收的热量的10%,求热机的输出功率和效率.

正确答案

热机传动部分产生的热量是由机械能转化来的,而这部分机械能又是从热源吸收的热量转化来的,这部分热量最终应转移到冷凝器上.

热机每小时转化的机械能为:E=7.2×107J-7.2×107×10%-3.6×107J=2.88×107J

所以热机的输出功率:P==W=8.0×103W

热机的效率为:η=×100%=40%

答:热机的输出功率为8.0×103W,效率为40%.

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简答题

如图所示,一直立的气缸用一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,气体最初的体积为V0,气体最初的压强为;气缸内壁光滑且缸壁是导热的。开始活塞被固定,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时间后,活塞停在B点,设周围环境温度保持不变,已知大气压强为P0,重力加速度为g。求:

(1)活塞停在B点时缸内封闭气体的体积V;

(2)整个过程中通过缸壁传递的热量Q(一定质量理想气体的内能仅由温度决定)。

正确答案

解:(1)设活塞在B处时被封闭气体的压强为p,活塞受力平衡

p0S+mg=pS,解得

由玻意耳定律

得气体体积

(2)由于气体的温度不变,则内能的变化△E=0

由能量守恒定律可得Q=(P0S+mg)h

活塞下降的高度为

通过缸壁传递的热量

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