【题目】功是物理学中非常重要的概念,通过做功的过程可以实现能量转化。

(1)一直流电动机,线圈电阻R=2.0Ω,当它两端所加的电压U=24V时,电动机正常运转,测得通过其电流I=0.50A。求此工作状态下,这台电动机将电能转化为机械能的效率是多少?(保留三位有效数字)

(2)在电路中电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程,电流做功的过程本质上是导体中恒定电场的电场力对定向移动的自由电荷做功的过程。由同种材料制成的很长的圆柱形实心金属导体,在其上选取长为L的导体做为研究对象,如图1所示,当其两端的电势差恒为U时,形成的恒定电流的大小为I即相同时间内通过导体A端橫截面的电荷量与通过B端的电荷量相等,也就等于通过这段导体的电荷量。设导体中的恒定电场为匀强电场,自由电子的电荷量为e,它们定向移动的速率恒定且均相同。

①求每个自由电子在导体中做定向移动的平均阻力f

②结合电流的定义式I=,从恒定电场的电场力对自由电子做功的角度,证明电流通过这段金属导体做功的功率为P=UI

③结合电流的定义式I=,从恒定电场的电场力对自由电子做功的角度,证明电流通过这段金属导体在时间t内产生的焦耳热为Q=UIt

(3)如图2所示为简化的直流电动机模型,固定于水平面的两根平行金属导轨,处于竖直向下的匀强磁场中,在两导轨的左端通过开关连接一电源。一根导体棒MN放置在导轨上,导体棒与导轨间的阻力恒定且不为0。闭合开关S后,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势E。若导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,此“电动机模型”稳定运行时通过导体棒的电流为I。请证明此“电动机模型”稳定运行时的机械功率为P=IE

(4)如图3所示为简化的直流电动机模型,固定于水平面的两根平行金属导轨,处于竖直向下的匀强磁场中,在两导轨的左端通过开关连接一电源。一根导体棒MN放置在导轨上,导体棒用通过定滑轮的轻细线与重物相连。闭合开关S后,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势E。若导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,且一切摩擦均可忽略不计,此“电动机模型”稳定运行时通过导体棒的电流为I。请证明此“电动机模型”稳定运行时对重力做功的功率为P=IE

【题目】为测量某金属丝的电阻率,小明同学设计了如图甲、乙所示的两种实验方案,已知电源的电动势E和内阻r在实验过程中保持不变。

(1)小明先进行了如图甲方案的测量。

①他首先利用游标卡尺和螺旋测微器分别测出甲、乙、丙三根不同金属丝的直径,示数分别如图甲、乙、丙所示。则三根金属丝直径的测量值分别为d=________mmd=________mmd=________mm。若三根金属丝的材料、长度相同且粗细均匀,则它们的电阻RRR中最大的是________,最小的是________

②实验过程中,小明先将甲金属丝接入电路,并用米尺测出接入电路中的甲金属丝的长度l=50.00cm。闭合开关后移动滑动变阻器的滑片分别处于不同的位置,并依次记录了两电表的测量数据如下表所示,其中5组数据的对应点他已经标在如图所示的坐标纸上,请你标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线________________

实验次数

1

2

3

4

5

6

U/V

0.90

1.20

1.50

1.80

2.10

2.40

I/A

0.18

0.24

0.31

0.37

0.43

0.49

③该方案测得的甲金属丝的电阻率ρ=__________Ω·m(计算结果保留两位有效数字)。

④对于上述第(1)所述的测量过程,随着通过金属丝的电流I不断增大,滑动变阻器上的电功率P随之变化。对于P-I的关系图象,在下列图中可能正确的是________

(2)小明又用如图乙方案测量乙金属丝的电阻率,已知电源的电动势E=5.0V、内阻r=0.20Ω。实验中他可以通过改变接线夹(即图乙中滑动变阻器符号上的箭头)接触金属丝的位置以控制接入电路中金属丝的长度。

①请在下述步骤的空格中将实验操作步骤补充完整:

a.正确连接电路,设定电阻箱的阻值,闭合开关;

b.读出电流表的示数,记录接线夹的位置;

c.断开开关,______________

d.闭合开关,重复bc的操作。

②根据测得电流与金属丝接入长度关系的数据,绘出如图所示的关系图线,其斜率为_____________A-1m-1(保留2位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了___________________的电阻之和。

③图中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是____________,其数值和单位为_______________(保留2位有效数字)。

(3)电表的内阻可能对实验产生系统误差,请你分别就这两种方案说明电表内阻对电阻率测量的影响____________________________________

 0  172992  173000  173006  173010  173016  173018  173022  173028  173030  173036  173042  173046  173048  173052  173058  173060  173066  173070  173072  173076  173078  173082  173084  173086  173087  173088  173090  173091  173092  173094  173096  173100  173102  173106  173108  173112  173118  173120  173126  173130  173132  173136  173142  173148  173150  173156  173160  173162  173168  173172  173178  173186  176998 

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