【题目】央视《加油向未来》节目组曾经做过一个实验,如图1所示,高为h的分别是由铜、铝和不锈钢做成的三个竖直轨道ABC垂直立在水平地面上,轨道的形状、横截面积都相同,所用金属的相关参数如下表。节目组让3个相同的内部都固定了相同强磁体的木制小车分别从ABC三个轨道上端同时由静止释放,小车运动时不与轨道发生摩擦,空气阻力忽略不计。3个相同的小车及固定磁铁的总质量均为m

(1)请在如图2的坐标系中画出小车由静止释放沿A轨道运动直到落地的vt图像;

(2)请根据题目信息判断沿哪个轨道运动的小车最先到达地面,并定性说明理由;

(3)假如A轨道的小车最后稳定下落的速度为v0,求该小车达到稳定速度后铜轨道的热功率P0

(4)轨道之所以发热是因为金属有电阻。经典物理学认为:金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后剩余的那部分)的碰撞。在外加电场下自由电子做定向移动的过程中要不断与金属离子发生碰撞,将其动能全都交给金属离子,然后在电场的作用下重新开始加速运动一段距离后,再与金属离子发生碰撞。经加速运动电子在两次碰撞之间走的平均距离叫自由程,用L表示。某金属单位体积内自由电子数为n,电子的质量为m,电子的电荷量为e。电子在该金属一个自由程的运动时间为t

a.假设电子每段自由程中都沿电流方向做匀加速直线运动,求该金属的电阻率

b.如果在考虑大量电子的统计效果时,不考虑每个电子断断续续地碰撞,而着眼于实际运动的平均结果,可等效为电子在金属中匀速直线运动,而金属给电子以持续的摩擦阻力,该摩擦阻力的大小与电子平均速度成正比,求其摩擦因数为k

金属

温度(°C

密度(

电阻率(

硬度

(金刚石硬度为10

20

89

17

28

20

27

29

26

不锈钢

20

78

100

46

【题目】对于不同类型的物体和运动情况,测量速率的方法往往是不同的,当然测量速度的方法也受到历史的局限性和实验室提供的仪器的限制。

(1)历史上,由于测量条件的限制,伽利略无法用直接测量运动速度的方法来寻找自由落体的运动规律。因此他设想用斜面来“冲淡”重力,“放慢”运动,而且把速度的测量转化为对路程和时间的测量,并把自由落体运动看成为沿倾角为90°的斜面下滑运动的外推。假设一个时间单位为T,一个长度单位d,实验中记录了小球沿光滑斜面在不同时间内相对于起始点的距离,如下表所示,则分析表中数据可知,小球在t=3T时刻的瞬时速度等于多少?(用已知量Td表示即可)

时间

0

T

2T

3T

4T

5T

6T

距离

0

d

4d

9d

16d

25d

36d

(2)带电粒子的速度可以利用速度选择器进行测量。如下图所示,真空环境中平行放置的金属板间距为d,两板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,带电粒子以某一速度两金属板的左侧中间沿平行于金属板面的方向射入两板间,当板间电压为U时,带电粒子恰好沿直线(图中虚线)穿越两板,不计带电粒子的重力,求它的速度大小?

(3)由于中子不带电,因此中子的速度无法直接使用速度选择器进行测量,可以采用碰撞的方法进行间接测量。低速中子与静止的原子核发生相互作用,有一定概率会与原子核发生弹性正碰。假设一群低速中子的速度大小相同,甲、乙原子核质量分别为M1M2,这群中子中的两个中子分别与静止的甲、乙两原子核发生弹性正碰后,利用电偏转或磁偏转的方法测量得甲、乙原子核被碰后的速度大小分别为v1v2,求这群中子的速度大小?

 0  176894  176902  176908  176912  176918  176920  176924  176930  176932  176938  176944  176948  176950  176954  176960  176962  176968  176972  176974  176978  176980  176984  176986  176988  176989  176990  176992  176993  176994  176996  176998  176998 

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