如图,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里,弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω,已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm,闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm,重力加速度大小取10m/s2,判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.
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水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,它们之间的宽度为L,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻),现垂直于导轨搁一根质量为m,电阻为R的金属棒ab,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方,如图所示,问:
(1)当ab棒静止时,受到的支持力和摩擦力各为多少?
(2)若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少?此时B的方向如何?
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如图固定在水平桌面上的金属框cdef处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上可无摩擦地滑动,此时构成一个边长为L的正方形,棒的电阻为r,其余部分电阻不计,开始时磁感应强度为B0
⑴若从t=0时刻起,磁感应强度均匀增加,每秒增量为k,同时保持棒静止,求棒中的感应电流和方向;
⑵在上述情况中,始终保持静止,当t=t1s末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大?
⑶若从t=0时刻起,磁感应强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右做匀速运动时,可使棒中不产生感应电流,则磁感应强度应怎样随时间变化(写出B与t的关系式)?
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如图所示,A、B是带等量同种电荷的小球,A固定在竖直放置的10cm长的绝缘支杆上,B平衡于绝缘的倾角为30°的光滑斜面上时,恰与A等高.若B的质量为,则B所带的电荷量是多少?(重力加速度g取10m/s2,静电力恒量k=9.0×109N·m2/C2)
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如图所示,在点电荷+Q电场中的一条电场线上取a、b两点,Oa=Ob,当在a处放一电量q=1.5×10-8 C带正电的检验电荷时,受到的电场力为F=3×10-6 N。求:
(1)a处的电场强度的大小、方向。
(2)若将检验电荷从a点移走,a点电场强度大小及方向?
(3)如在b处放一个电子,它受到的电场力多大?方向怎样?(e=1.6×10-19 C)
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这是一个研究圆周运动向心力的实验设计:在一个透明玻璃做成的圆台面上均匀贴了数条反光度很高的狭窄铝箔纸条,在圆盘上方某处安装了一个光传感器,它具有发射红外光线,同时可接收反射光的功能。台面上有一条光滑的凹槽,凹槽的尽头,靠近台壁处安装了一个力传感器(可以感知力的大小),力传感器前放置一个小球。圆盘转动时,光传感器发出的光线在铝箔处反射为光传感器接收,在没有铝箔处将透射过去,小球压迫在力传感器上,获得传感器给球的弹力,这个力充当小球做圆周运动的向心力,力的大小通过传感器可以测量,当光传感器和力传感器通过数据采集系统与电脑连接后,电脑显示屏可显示出光接收波形图(如图)和力的测量数值F0。现已知光传感器在圆台面上的光点距转轴距离为r,小球的质量为m,球心与转轴相距为R,铝箔宽度为d,电脑显示出铝箔条反射光的最短时间为t1。
(1)用上述条件可以求出小球所需要的向心力 F=____,并与F0比较,从而验证公式 F=。
(2)这一设计对转台做非匀速圆周运动的情况是否适用?简要说明理由。
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如图所示,足够长的圆柱形气缸竖直放置,其横截面积为1×10-3 m2,气缸内有质量m=2 kg的活塞,活塞与气缸壁封闭良好,不计摩擦.开始时活塞被销子K销于如图位置,离缸底12 cm,此时气缸内被封闭气体的压强1.5×105 Pa,温度为300 K.外界大气压为1.0×105 Pa,g=10 m/s2.
(1)现对密闭气体加热,当温度升到400 K时,其压强为多大?
(2)若在此时拔去销子K,活塞开始向上运动,当它最后静止在某一位置时,气缸内气体的温度为360 K,则这时活塞离缸底的距离为多少?
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如图所示,光滑水平面上,质量为2m的小球B连接着轻质弹簧,处于静止;质量为m的小球A以初速度v0向右匀速运动,接着逐渐压缩弹簧并使B运动,过一段时间,A与弹簧分离,设小球A、B与弹簧相互作用过程中无机械能损失,弹簧始终处于弹性限度以内。求当弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹性势能E.
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一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,初始时气体体积为3.0×10-3m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K和1.0×105Pa.推动活塞压缩气体,测得气体的温度和压强分别为320K和1.0×105Pa.
(1)求此时气体的体积.
(2)再保持温度不变,缓慢改变作用在活塞上的力,使气体压强变为8.0×104Pa,求此时气体的体积.
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如图(a)所示,平行金属导轨MN、PQ光滑且足够长,固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.25 m,电阻R=0.5 Ω,导轨上停放一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,现用一外力F沿水平方向拉杆,使其由静止开始运动,理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图(b)所示.试分析与求:
(1)分析证明金属杆做匀加速直线运动;
(2)求金属杆运动的加速度;
(3)写出外力F随时间变化的表达式;
(4)求第2.5 s末外力F的瞬时功率.
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