涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式,它的基本原理如图甲所示,水平面上固定一块铝板,当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时,铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用,涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式。某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程,车厢下端安装有电磁铁系统,能在长为 =0.6m,宽
=0.2m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场,磁感应强度可随车速的减小而自动增大(由车内速度传感器控制),但最大不超过
=2T,将铝板简化为长大于
,宽也为
的单匝矩形线圈,间隔铺设在轨道正中央,其间隔也为
,每个线圈的电阻为
=0.1Ω,导线粗细忽略不计,在某次实验中,模型车速度为v=20m/s时,启动电磁铁系统开始制动,车立即以加速度
做匀减速直线运动,当磁感应强度增加到
时就保持不变,知道模型车停止运动,已知模型车的总质量为
=36kg,空气阻力不计,不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响
(1)电磁铁的磁感应强度达到最大时,模型车的速度为多大?
(2)模型车的制动距离为多大?
(3)为了节约能源,将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组,两个相邻的磁铁磁极的极性相反,且将线圈改为连续铺放,如图丙所示,已知模型车质量减为=20kg,永磁铁激发的磁感应强度恒为
=0.1T,每个线圈匝数为N=10,电阻为
=1Ω,相邻线圈紧密接触但彼此绝缘,模型车仍以v=20m/s的初速度开始减速,为保证制动距离不大于80cm,至少安装几个永磁铁?
在紧直面内建立直角坐标系,曲线 位于第一象限的部分如图,在曲线上不同点以初速度
向x轴负方向水平抛出质量为m,带电量为+q的小球,小球下落过程中都会通过坐标原点,之后进入第三象限的匀强电场和匀强磁场区域,磁感应强度为
,方垂直纸面向里,小球恰好做匀速圆周运动,并在做圆周运动的过程中都能打到y轴负半轴上(已知重力加速度g=10m/s2,q/m=102C/kg)。求:
(1)第三象限的电场强度大小及方向:
(2)沿水平方向抛出的初速度v0:
(3)为了使所有的小球都能打到y轴的负半轴,所加磁场区域的最小面积。
我国将于2022年举办冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。如图所示,质量m=60 kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a=3.6 m/s2匀加速滑下,到达助滑道末端B时速度vB=24 m/s,A与B的竖直高度差H=48 m。为了改变运动员的运动方向,在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接,其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧。助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h=5 m,运动员在B、C间运动时阻力做功W=–1 530 J,取g=10 m/s2。
(1)求运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小;
(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍,则C点所在圆弧的半径R至少应为多大。
如图,某小学生坐在雪橇上,她妈妈用F=200N的拉力通过绳拉雪橇,使雪橇沿水平地面做初速度为零的匀加速直线运动,加速度大小为0.5m/s2,F与水平方向成 斜向上,已知该小学生和雪橇的总质量为m=40kg,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,小学生和雪橇可视为质点,t=10s时绳突然拉断了,求:
(1)雪橇与水平地面的动摩擦因数μ;
(2)若绳突然拉断后,雪橇在运动多远就停下了;
(3)通过计算,画出上述雪橇运动的v-t图象.
关于玻璃折射率测量方法很多,如插针法和全反射法等。请完成下列两题:
(1)在用插针法“测定玻璃的折射率”实验中,已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图所示,若其他操作正确,则测得的折射率将___________(选填“变大”、“不变”或“变小”)
(2)用如图所示装置测定玻璃的折射率,在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖,使二者的圆心O重合。现使激光束从玻璃圆弧面一侧入射并垂直直径平面通过圆心O射出玻璃砖,记下入射光束在光具盘上所对应的刻度,以圆心O为轴逆时针缓慢转动光具盘,同时观察直径平面一侧出射光线的变化:出射光线不断向下偏转并越来越暗,直到刚好看不到出射光线为止,并记下这时入射光线在光具盘上位置的刻度。则光具盘上两次刻度分别到O连线之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的_________,玻璃的折射率表达式为n= _______ 。
在物理课外活动中,李刚老师制作了一个简单的多用电表,图甲为电表的电路原理图.已知选用的电流表内阻Rg=10 Ω、满偏电流Ig=10 mA,当选择开关接3时为量程250 V的电压表.该多用电表表盘如图乙所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,为考察大家对多用电表的理解上排刻度线对应数值没有标出.
(1)若指针指在图乙所示位置,选择开关接1时其读数为________mA;选择开关接3时其读数为________V.
(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势,李老师指导小明同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:
①将选择开关接2,红黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏.
②将多用电表红黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使多用电表指针指在C处,此时电阻箱如图丙所示,则C处刻度应为________Ω.
③计算得到多用电表内电池的电动势为________V.(保留2位有效数字)
(3)调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图乙所示位置,则待测电阻的阻值为______Ω.(保留2位有效数字)