(9分)铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的。弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还取决于火车在弯道上的行驶速率。下图表格中是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的轨道的高度差h。
弯道半径r/m 660 330 220 165 132 110
内外轨高度差h/mm 50 100 150 200 250 300
(1)根据表中数据,试导出h和r关系的表达式,并求出当r=440m时,h的设计值;
(2)铁路建成后,火车通过弯道时,为保证绝对安全,要求内外轨道均不向车轮施加侧向压力,又已知我国铁路内外轨的间距设计值为L=1435mm,结合表中数据,算出我国火车的转弯速率v(以km/h为单位,结果取整数;路轨倾角很小时,正弦值按正切值处理)(g取9.8m/s2)
(3)随着人们生活节奏加快,对交通运输的快捷提出了更高的要求。为了提高运输力,国家对铁路不断进行提速,这就要求铁路转弯速率也需要提高。请根据上述计算原理和上述表格分析提速时应采取怎样的有效措施?
在xOy平面内,x>0、y>0的空间区域内存在匀强电场,场强大小为100V/m;x>0、y<3m的区域内存在垂直于xOy平面的磁场。现有一带负电的粒子,电量为q=2×10-7C,质量为m=2×10-6kg,从坐标原点O以一定的初动能射出,经过点P(4m,3m)时,其动能变为初动能的0.2倍,速度方向为y轴正方向。然后粒子从y轴上点M(0,5m)射出电场,此时动能变为过O点时初动能的0.52倍。粒子重力不计。
(1)写出在线段OP上与M点等势的点Q的坐标;
(2)求粒子由P点运动到M点所需的时间。
一足够大的倾角为45º的斜面上有一点O,O点正上方h=0.4m处有一点P。在P点以水平速度v0=1m/s抛出一个小球,随着抛出方向的不同,小球将落到斜面上的不同位置。不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2。试求小球落到斜面上的位置距离O点的最大值和最小值。
如图所示,有两根足够长、不计电阻,相距L的平行光滑金属导轨cd、ef与水平面成θ角固定放置,底端接一阻值为R的电阻,在导轨平面内有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于导轨平面斜向上。现有一平行于ce,垂直于导轨,质量为m,电阻不计的金属杆ab,在沿导轨平面向上的恒定拉力F作用下,从底端ce由静止开始沿导轨向上运动,当ab杆速度达到稳定后,撤去拉力F,最后ab杆又沿轨道匀速回到ce端。已知ab杆向上和向下运动的最大速度相等。求:
(1)ab杆最后回到ce端的速度大小
(2)拉力F的大小
一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.
(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值是多少
(2)电流表和电压表的示数各是多少
(3)从图示位置开始,线圈转过90°的过程中通过R的电量是多少?
如图甲所示,有一面积,匝数n=100匝的闭合线圈,电阻为
,线圈中磁场变化规律如图乙所示,磁场方向垂直纸面向里为正方向,求:
(1)t=1s时,穿过每匝线圈的磁通量为多少?
(2)t=2s内,线圈产生的感应电动势为多少?