高中 | 能量守恒定律 题目答案及解析

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选修3-3

第十章 热力学定律

10.3 热力学第一定律 能量守恒定律

能量守恒定律

如图所示,宽度$d=0.2\;\rm m$的区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小$B=1\;\rm T$,方向垂直纸面向里。一正方形导线框$abcd$,从距磁场上边界高度$h=0.2\;\rm m$处自由下落,其下边$ab$刚进入磁场和刚离开磁场时的速度相同。已知线框质量$m=10\;\rm g$,边长$l=0.1\;\rm m$,电阻$R=0.1\;\rm \Omega$$g$$10\;\rm m/s^{2}$,则$(\qquad)$

["

线框刚进入磁场时线框中有逆时针方向的电流

","

线框完全离开磁场时的速度为$\\sqrt{3}\\;\\rm \\text{m/s}$

","

线框在穿越磁场过程中产生的热量为$0.02\\;\\rm J$

","

线框穿越整个磁场所用时间为$\\dfrac{\\sqrt{2}}{10}\\;\\rm {s}$

"]
[["AD"]]

$\rm A$.根据右手定则可知电流方向为逆时针,故$\rm A$正确;

$\rm B$.设线框刚进入磁场的速度为$v$,则$v^{2}=2gh$,线框完全离开磁场时的速度为$v_{1}$,由题意可知线框从完全进入磁场到即将离开磁场过程中只受重力,则有$v^{2} − v_{1}^{2}=2gl$

可得$v_{1}=\sqrt{2}\;\rm \text{m/s}$,故$\rm B$错误;

$\rm C$.由能量守恒可得$mg(h+d+l)-Q_{热}=\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}$

解得$Q_{热}=0.04\;\rm J$,故$\rm C$错误;

$\rm D$.线框进入和离开的过程所用时间相同为$t$$\dfrac{B^{2}L^{2}v_{i}}{R}t_{i}=mv_{1}-mv$

可得$t=\dfrac{\sqrt{2}-1}{10}\;\rm {s}$

完全进入磁场到刚要离开磁场所用时间为$t_{1}$,根据$v_{1}+gt_{1}=v$

解得$t_{1}=\dfrac{2-\sqrt{2}}{10}\;\rm {s}$

故总时间为$2t+t_{1}=\dfrac{\sqrt{2}}{10}\;\rm {s}$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm AD$

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如图,足够长的平行光滑金属导轨固定在水平桌面上,间距,处在磁感应强度、竖直向上的匀强磁场中。质量、电阻的导体棒长度与导轨间距相等,垂直导轨放置。质量、电阻的导体棒与等长,垂直导轨静止在的右侧某一位置处。现使以初速度向右运动,、未发生碰撞。导体棒和导轨接触良好,导轨电阻不计。求: 电磁弹射在电磁炮、航天器、舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用。为了研究问题的方便,将其简化为如图所示的模型(俯视图)。发射轨道被简化为两个固定在水平面上、间距为且相互平行的足够长金属导轨,整个导轨平面处在竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场中。发射导轨的左端为充电电路,已知电源的电动势为,电容器的电容为。子弹载体被简化为一根质量为、长度也为、具有一定电阻的金属导体棒。金属导体棒垂直放置于平行金属导轨上,忽略一切摩擦以及导轨和导线的电阻。将开关先接,用电源对电容器进行充电,电容器充电结束后,将开关接,电容器通过导体棒放电,导体棒由静止开始运动,导体棒离开导轨时发射结束。 如图所示,水平面内固定一间距、电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨,整个导轨处于竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场中。两根相距很远且长度也为的细直金属杆、静置于导轨上,与导轨垂直并接触良好,、质量均为、电阻均为。时刻,给一水平向右、大小的初速度,第末的速度大小为,第内的位移为。不计空气阻力,则 如图所示,两条相距为的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,空间内有方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根质量均为、电阻均为的导体棒、垂直放置于金属导轨不同位置,保持与导轨良好接触。某时刻给一个水平向右的初速度,此后过程中两导体棒不发生碰撞,则从该时刻起到两导体棒达到稳定状态的过程中 如图所示,绝缘水平面上固定有两根足够长的光滑平行导轨,导轨间距为,左端连接阻值为的定值电阻,一质量为、有效电阻为的导体棒垂直导轨放置,空间存在竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场,现给导体棒一个水平向右的初速度,导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好,导轨电阻不计,下列说法正确的是 如图,木板放置在光滑水平桌面上,通过两根相同的水平轻弹簧、与桌面上的两个固定挡板相连。小物块放在的最左端,通过一条跨过轻质定滑轮的轻绳与带正电的小球相连,轻绳绝缘且不可伸长,与滑轮间的绳子与桌面平行。桌面右侧存在一竖直向上的匀强电场,、、均静止,、处于原长状态,轻绳处于自然伸直状态。时撤去电场,向下加速运动,下降后开始匀速运动,开始做匀速运动瞬间弹簧的弹性势能为。已知、、的质量分别为、、,小球的带电量为,重力加速度大小取,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹簧始终处在弹性限度内,轻绳与滑轮间的摩擦力不计。
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