23.(20分)如图所示,一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动,其在纸面上的长度为L1,垂直纸面的宽度为L2。在膜的下端(图中A处)挂有一平行于转轴,质量为m,长为L2的导体棒使膜成平面。在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板,能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能,并将光能转化成电能。光电池板可等效为一个一电池,输出电压恒定为U;输出电流正比于光电池板接收到的光能(设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定)。导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中,并与光电池构成回路,流经导体棒的电流垂直纸面向外(注:光电池与导体棒直接相连,连接导线未画出)。

(1)现有一束平行光水平入射,当反射膜与竖直方向成时,导体棒处于受力平衡状态,求此时电流强度的大小和光电池的输出功率。

(2)当变成时,通过调整电路使导体棒保持平衡,光电池除维持导体棒平衡外,还能输出多少额外电功率?

解析:

(1)导体棒受力如图 

             

  光电池输出功率(即光电池板接收到的光能对应的功率)为 

(2)维持导体棒平衡需要的电流为 

而当变为时光电池板因被照射面积增大使电池输出的电流也增大

需要在导体棒两端并联一个电阻,题目要求的就是这个电阻上的功率。

由并联电路特点得:光电池提供的总电流  以下关键是求

光电池输出功率为 

(为当变成时,光电池板接收到的光能对应的功率。)

已知垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定

(设为P0)

由右图可知

已知电池输出电流正比于光电池板接收到的光能

  光电池能提供的额外功率为 

21. (20分)

Ⅰ(10分)

在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中,甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧,为测量橡皮绳的劲度系数,他们在橡皮绳下端面依次逐个挂下钩码(每个钩友的质量均为m=0.1kg,取g=10m/s2),并记录绳下端的坐标X加i(下标i表示挂在绳下端钩码个数)。然后逐个拿下钩码,同样记录绳下端面的坐标X减i,绳下端坐标的平均值Xi=(X加i+X减i)/2的数据如下表:

挂在橡皮绳下端的钩码个数
橡皮绳下端的坐标(Xi/mm)
甲
乙
1
216.5
216.5
2
246.7
232.0
3
284.0
246.5
4
335.0
264.2
5
394.5
281.3
6
462.0
301.0

(1)同一橡皮绳的X加i      X减i(大于或小于);

(2)       同学的数据更符合实验要求(甲或乙);

(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m);

(4)为了更好的测量劲度系数,在选用钩码时需考虑的因素有哪些?

解析:

(1)小于(因为橡皮绳在伸长后不能完全恢复到原来的长度)

(2)乙(因为甲同学的数据中只有前几个数据可认为在弹性范围内)

(3)

l    挂在橡皮绳下端的
l    钩码个数
l    改变量(Xi-X1)/mm
l    甲
l    乙
l    1
l     
l     
l    2
l    30.2
l    15.5
l    3
l    67.5
l    30.0
l    4
l    118.5
l    47.7
l    5
l    178.0
l    64.8
l    6
l    345.5
l    84.5

由上表作图得

由图得 

(4)尽可能使伸长量在弹性范围内,同时有足够大的伸长量,以减小长度测量误差。

Ⅱ. (10分)

在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,某同学测得电流-电压的数据如下表所示:

电流I/mA
2.7
5.4
12.4
19.5
27.8
36.4
47.1
56.1
69.6
81.7
93.2
电压U/V
0.04
0.08
0.21
0.54
1.30
2.20
3.52
4.77
6.90
9.12
11.46

(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线;

(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系,已作出电阻随电流的变化曲线如图所示:请指出图线的特征,并解释形成的原因。

解析:

(1)

(2)电阻随电流增大,存在三个区间,电阻随电流的变化快慢不同。

第一区间电流很小时,电阻变化不大;第二区间灯丝温度升高快,电阻增大快;第三区间部分电能转化为光能,灯丝温度升高变慢,电阻增大也变慢。

19. 半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图(左)所示。有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图(右)所示。在t=0时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为q的静止微粒,则以下说法正确的是( A )

A. 第2秒内上极板为正极

B. 第3秒内上极板为负极

C. 第2秒末微粒回到了原来位置

D. 第3秒末两极板之间的电场强度大小为0.2

解析: 0-1s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带负电 ,金属板下极板带正电;

     若粒子带正电,则粒子所受电场力方向竖直向上而向上做匀加速运动。

1-2s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带正电 ,金属板下极板带负电;

     若粒子带正电,则粒子所受电场力方向竖直向下而向上做匀减速运动,2s末速度减小为零。

2-3s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带正电 ,金属板下极板带负电;

     若粒子带正电,则粒子所受电场力方向竖直向下而向下做匀加速运动。

     两极板间的电场强度大小

3-4s内情况:由楞次定律可知,金属板上极板带负电 ,金属板下极板带正电;

     若粒子带正电,则粒子所受电场力方向竖直向上而向下做匀减速运动4s末速度减小为零,同时回到了原来的位置。

 0  274186  274194  274200  274204  274210  274212  274216  274222  274224  274230  274236  274240  274242  274246  274252  274254  274260  274264  274266  274270  274272  274276  274278  274280  274281  274282  274284  274285  274286  274288  274290  274294  274296  274300  274302  274306  274312  274314  274320  274324  274326  274330  274336  274342  274344  274350  274354  274356  274362  274366  274372  274380  447090 

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