题目内容
【题目】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。如图所示:一段横截面积为S、长为l的金属电阻丝,单位体积内有n个自由电子,每一个电子电量为e。该电阻丝通有恒定电流时,两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v。
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(1)求导线中的电流I;
(2)有人说“导线中电流做功,实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”。这种说法是否正确,通过计算说明。
(3)为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量。若已知该导线中的电流密度为
,导线的电阻率为
,试证明:
。
【答案】(1)
;(2)正确,说明见解析;(3)证明见解析
【解析】
(1)电流的定义式
,在t时间内,流过横截面的电荷量![]()
因此![]()
(2)这种说法正确。
在电路中,导线中电流做功为:![]()
在导线中,恒定电场的场强
,导体中全部自由电荷为
,
导线中的恒定电场对自由电荷力做的功:![]()
又因为
,则![]()
故“导线中电流做功,实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”是正确的。
(3)由欧姆定律:![]()
由电阻定律:![]()
则
,则有:![]()
电流密度的定义:![]()
故![]()
【题目】为了“探究加速度与力、质量的关系”,现提供如图所示实验装置.请思考探究思路并回答下列问题:
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(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是___________
A.将不带滑轮的木板一端垫高适当,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B.将不带滑轮的木板一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动
C.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D.将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运
动
(2)在“探究加速度与力、质量关系”的实验中,得到一条打点的纸带,如图所示,已知相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,则小车加速度的表达式为a=___________;
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(3)消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后,可用钩码总重力代替小车所受的拉力,此时钩码m与小车总质量M之间应满足的关系为_______________;
(4)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码质量不变,改变小车质量m,得到的实验数据如下表:
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
小车加速度a/ms-2 | 0.77 | 0.38 | 0.25 | 0.19 | 0. 16 |
小车质量m/kg | 0.20 | 0.40 | 0.60 | 0.80 | 1. 00 |
为了验证猜想,请在下列坐标系中作出最能直观反映a与m之间关系的图象.
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