某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括 :气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为 的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下:
(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间 时,可认为气垫导轨水平;
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量 、滑块(含遮光片)的质量 ;
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过 、 两处的光电门的遮光时间△ 、△ 及遮光片从 运动到 所用的时间 ;
(5)在遮光片随滑块从 运动到 的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小 ,滑块动量改变量的大小△ ;(用题中给出的物理量及重力加速度 表示)
(6)某一次测量得到的一组数据为: , , ,△ ,△ , ,取 .计算可得 ,△ ;(结果均保留3位有效数字)
(7)定义△ ,本次实验△ (保留1位有效数字)。
如图所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。若砝码和纸板的质量分别为
和
,各接触面间的动摩擦因数均为
。重力加速度为
。
(1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力大小;
(2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小;
(3)本实验中, , , ,砝码与纸板左端的距离 ,取 。若砝码移动的距离超过 ,人眼就能感知,为确保实验成功,纸板所需的拉力至少多大?
如图所示,一定质量的理想气体从状态
依次经过状态
、
和
后再回到状态
。其中,
和
为等温过程,
和
为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的"卡诺循环"。
(1)该循环过程中,下列说法正确的是.
A.
过程中,外界对气体做功
B.
过程中,气体分子的平均动能增大
C.
过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D.
过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化
(2)该循环过程中,内能减小的过程是(选填"
"、"
"、"
"或"
"). 若气体在
过程中吸收
的热量,在
过程中放出
的热量,则气体完成一次循环对外做的功为
.
(3)若该循环过程中的气体为 ,气体在 状态时的体积为 ,在 状态时压强为 状态时的 。求气体在 状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数 ,计算结果保留一位有效数字)
对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
(1)一段横截面积为
、长为
的直导线,单位体积内有
个自由电子,电子电荷量为
。该导线通有电流时,假设自由电子定向移动的速率均为
。
(a)求导线中的电流
;
(b)将该导线放在匀强磁场中,电流方向垂直于磁感应强度 ,导线所受安培力大小为 ,导线内自由电子所受洛伦兹力大小的总和为 ,推导 。
(2)正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为 ,单位体积内粒子数量 为恒量。为简化问题,我们假定:粒子大小可以忽略;其速率均为 ,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力 与 、 和 的关系。
(注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明)
如图,质量为M的足够长金属导轨 放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计,质量为 的导体棒 放置在导轨上,始终与导轨接触良好, 构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为 ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨 段长为 ,开始时 左侧导轨的总电阻为 ,右侧导轨单位长度的电阻为 。以 为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为 。在 =0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的 边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为 。
(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;
(2)经过多长时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少?
(3)某过程中回路产生的焦耳热为
,导轨克服摩擦力做功为W,求导轨动能的增加量。
图所示为一种摆式摩擦因数测量仪,可测量轮胎与地面间动摩擦因数,基主要部件有:底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为
,细杆可绕轴
在竖直平面内自由转动,摆锤重心到
点距离为
。测量时,测量仪固定于水平地面,将摆锤从与
等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时,橡胶片紧压地面擦过一小段距离
,之后继续摆至与竖直方向成
角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为
的恒力,重力加速度为
,求
(1)摆锤在上述过程中损失的机械能;
(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功;
(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。