题目内容

一个质量m=0.1kg的正方形金属框总电阻R=0.5Ω，金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端（金属框上边与AA′重合），自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端（金属框下边与BB′重合），设金属框在下滑过程中的速度为v，与此对应的位移为s，那么v2-s图象如图所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上，g=10m/s2．

（1）根据v2-s图象所提供的信息，计算出斜面倾角θ和匀强磁场宽度d．
（2）金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是多少？
（3）匀强磁场的磁感应强度多大？
分析：（1）根据匀变速直线运动的速度位移公式求出金属框的加速度，通过牛顿第二定律求出斜面的倾角．通过线框匀速直线运动的位移得出磁场的宽度．
（2）根据匀速直线运动的位移和速度求出金属框进入磁场到穿出磁场所用的时间．
（3）抓住线框匀速直线运动时，重力沿斜面方向上的分力等于安培力求出匀强磁场的磁感应强度．
解答：解：（1）由图象可知，从s=0到s1=1.6 m过程中，金属框作匀加速运动
由公式v2=2as可得金属框的加速度  a1=
v
2
1
2s1
=
16
2×1.6
=5m/s2
根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma1    θ=30°
金属框下边进磁场到上边出磁场，线框做匀速运动．
∴△s=2L=2d=2.6-1.6=1m，d=L=0.5m
（2）金属框刚进入磁场时，
v
2
1
=16v1=4m/s
金属框穿过磁场所用的时间 t=
2L
v1
=0.25s
（3）因匀速通过磁场  B
BLv1
R
L=mgsinθ
所以磁感应强度的大小  B=0.5T
答：（1）斜面的倾角为30°，匀强磁场的宽度为0.5m．
（2）金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是0.25s．
（3）匀强磁场的磁感应强度为0.5T．
点评：解决本题的关键理清金属框的运动规律，结合牛顿第二定律和共点力平衡进行求解．
练习册系列答案
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精英家教网如图所示，A、B是两块竖直放置的平行金属板，相距为2L，分别带有等量的正、负电荷，在两板间形电场强度大小为E匀强电场．A板上有一小孔（它的存在对两板间匀强电场分布的影响可忽略不计），孔中有一条与板垂直的水平光滑绝缘轨道，一个质量为m，电荷量为q（q＞0）的小球（可视为质点），在外力作用下静止在轨道的中点P处．一自然长度为L的轻弹簧左端固定在距A板左侧L处挡板上，右端固定一块轻小的绝缘材料制成的薄板Q．撤去外力释放带电小球，它将在电场力作用下由静止开始向左运动，穿过小孔后（不与金属板A接触）与薄板Q一起压缩弹簧，由于薄板Q及弹簧的质量都可以忽略不计，可认为小球与Q接触过程中不损失机械能．小球从接触Q开始，经过一段时间第一次把弹簧压缩至最短，然后又被弹簧弹回．由于薄板Q的绝缘性能有所欠缺，使得小球每次离开Q瞬间，小球的电荷量都损失一部分，而变成刚与Q接触时小球电荷量的
1
k
（k＞l）．求：
（1）弹簧第一次压缩到最左边时的弹性势能；
（2）小球在与B板相碰之前，最多能与薄板Q碰撞多少次；
（3）设A板的电势为零，当k=2，且小孔右侧的轨道粗糙与带电小球间的滑动摩擦力Ff=
qE
4
时，求带电小球初、末状态的电势能变化量．
本题共18分，其中（1）问8分，（2）问10分
（1）某同学利用如图图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其实验的部分原理是利用平抛运动的知识．那么：
①实验中必须要求的条件是
 
．
A．弧形斜槽必须尽可能的光滑
B．弧形斜槽末端的切线必须水平
C．必须测量出小球的质量m，
D．小球每次必须从同一高度处滚下
精英家教网
②实验中测得弧形斜槽末端离地面的高度为H，将钢球从斜槽的不同高度h处静止释放，钢球的落点距弧形斜槽末端的水平距离为s．则当s2与H、h的理论关系满足s2=
 
时，小球的机械能守恒．
③实验中，该同学发现实验结果不满足理论计算得到的s2-h关系，该同学认为出现这一结果的原因除了摩擦和空气阻力等外，还有一个原因可能是小球的大小，因此又用游标卡尺测了小球的直径，其结果如图图乙所示．关于该同学认为“小球的大小”对结果有影响的分析，你认为正确吗？
 
．（不需说明理由），小球的直径为
 
mm．
（2）（10分）某同学为了测量一个在不同电压下工作时的电热器Rx的阻值，已知电热器的额定电压为12V．在实验结束后，该同学记录的测量数据如下：
U/V 0 1.0 2.2 3.0 5.0 8.0 10.0 12.0
I/A 0 0.08 0.15 0.20 0.30 0.40 0.45 0.50
请根据上述信息完成下列问题：
①（2分）除电热器外，实验室里还给该同学提供了如下器材供选择：
A．电流表（0～3A，0.1Ω）
B．电流表（0～0.6A，10Ω）
C．电压表（0～3V，1kΩ）         D．电压表（0～1 5V，30kΩ）
E．滑动变阻器（0～10Ω，0.3A）    F．滑动变阻器（0～l0Ω，2A）
G．输出电压为l6V的学生电源，H．导线、开关．那么该同学选择使用的器材是：
 
．（填序号）
②（4分）在虚线框内画出实验电路图．
③（4分）在图图丙中的坐标纸上作出U-I图象．并根据图象说明电热器的电阻大小随电压变化的关系
 
．
如图所示，A、B是两块竖直放置的平行金属板，相距为2l，分别带有等量的负、正电荷，在两板间形成电场强度大小为E的匀强电场．A板上有一小孔（它的存在对两板间匀强电场分布的影响可忽略不计），孔的下沿右侧有一条与板垂直的水平光滑绝缘轨道，一个质量为m、电荷量为q（q＞0）的小球（可视为质点），在外力作用下静止在轨道的中点P处．孔的下沿左侧也有一与板垂直的水平光滑绝缘轨道，轨道上距A板l处有一固定档板，长为l的轻弹簧左端固定在挡板上，右端固定一块轻小的绝缘材料制成的薄板Q．撤去外力释放带电小球，它将在电场力作用下由静止开始向左运动，穿过小孔（不与金属板A接触）后与薄板Q一起压缩弹簧，由于薄板Q及弹簧的质量都可以忽略不计，可认为小球与Q接触过程中不损失机械能．小球从接触Q开始，经历时间T0第一次把弹簧压缩至最短，然后又被弹簧弹回．由于薄板Q的绝缘性能有所欠缺，使得小球每次离开弹簧的瞬间，小球的电荷量都损失一部分，而变成刚与弹簧接触时小球电荷量的
1k
（k＞1）．
（1）小球第一次接触薄板Q后，则弹簧的弹性势能多大；
（2）假设小球被第N次弹回两板间后向右运动的最远处恰好到达B板，小球从开始运动到被第N次弹回两板间向右运动到达B板的总时间．
（2008?东城区三模）（1）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为E，频率为f，的交流电源上，在实验中打下一条理想纸带，如图1所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，已知重锤的质量为m，当地的重力加速度为g，则：

①从起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为△EP=
mg（S0+S1）
mg（S0+S1）
，重锤动能的增加量为△EK
m(s1+s2)2f2
32
m(s1+s2)2f2
32
．
②根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a=
(s2-s1)f2
4
(s2-s1)f2
4
，它和当地的重力加速度g进行比较，则a
小于
小于
g（填大于，等于，小于）．
（2）如图2给出器材为：电源E（电动势为12V，内阻不计），木板N（板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各一张），两个金属条A、B（平行放置在导电纸上，与导电纸接触良好，用作电极），滑线变阻器R（其总阻值小于两平行电极间导电纸的电阻），直流电压表（量程为6V，内阻很大，其负接线柱与B极相连，正接线柱与探针P相连），开关K．现要用图中仪器描绘两平行金属条AB间电场中的等势线．AB间的电压要求取为6V．
（Ⅰ）在图2中连线，画成实验电路原理图．
（Ⅱ）下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方．
a．接好实验电路．
b．
把变阻器的滑动触头移到靠近D端处
把变阻器的滑动触头移到靠近D端处
．
c．合上K，并将探针P与A相接触．
d．
调节R，使电压表读数为6V
调节R，使电压表读数为6V
．
e．用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上．画一线段连接AB两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置印在白纸上．
f．将探针与某一基准点相接触，
记下电压表读数，在导电纸上移动探针，找出电压表读数与所记下的数值相同的另一点
记下电压表读数，在导电纸上移动探针，找出电压表读数与所记下的数值相同的另一点
，这一点是此基准的等势点．用探针把这一点的位置也压印在白纸上．用相同的方法找出此基准点的其它等势点．
g．重复步骤f，找出其它4个基准点的等势点．取出白纸画出各条等势线．
（3）如图3是多用表的刻度盘，当选用量程为50mA的电流档测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为
30.7
30.7
mA；若选用倍率为“×100”的电阻档测电阻时，表针也指示在图示同一位置，则所测电阻的阻值为
1.5×103
1.5×103
Ω．如果要用此多用表测量一个约2.0×104Ω的电阻，为了使测量比较精确，应选的欧姆档是
×1K
×1K
（选填“×10”、“×100”或“×1K”）．换档结束后，实验操作上首先要进行的步骤是
欧姆调零．
欧姆调零．
．
（2013?广州三模）（1）某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了如图甲所示的一套装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、小木块、细沙．当连上纸带，释放沙桶时，滑块处于静止．要完成该实验，你认为：
①还需要的实验器材有
天平、刻度尺
天平、刻度尺
．
②实验时首先要做的步骤是
平衡摩擦力
平衡摩擦力
，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的条件是
沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量
沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量
．
③在上述的基础上，某同学测得滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测得此时沙和沙桶的总质量m．接通电源，释放沙桶，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1＜v2）．则对滑块，本实验最终要验证数学表达式为
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
（用题中的字母表示）．
（2）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．直流电表0～3A（内阻0.1Ω）
C．直流电表0～600mA（内阻约0.5Ω）
D．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ）
E．直流电压表0～15V（内阻约200kΩ）
F．滑线变阻器（10Ω，1A）
G．滑线变阻器（1kΩ，300mA）
①除开关、导线外，为完成实验，需要从上述器材中选用
ACDF
ACDF
（用字母代号）
②某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图乙所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表的电流表已调零．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，则可判断断路的电线是
d
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
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
g
．
③下表中的各组数据该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在图丙所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线．
④若将该灯泡与一个10Ω的定值电阻串联，直接接在题中电源两端，则可以估算出该灯泡的实际功率为
1.8W
1.8W
（结果保留两位有效数字）

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