（20）導體切割磁感線的運動可以從宏觀和微觀兩個角度來認識。如圖所示，固定于水平面的U形導線框處于豎直向下的勻強磁場中，金屬直導線MN在與其垂直的水平恒力F的作用下，在導線框上以速度v做勻速運動，速度v與恒力F方向相同，導線MN始終與導線框形成閉合電路，已知導線MN電阻為R，其長度L，恰好等于平行軌道間距，磁場的磁感應強度為B，忽略摩擦阻力和導線框的電阻。

（1）通過公式推導驗證：在時間內(nèi)，F(xiàn)對導線MN所做的功W等于電路獲得的電能，也等于導線MN中產(chǎn)生的焦耳熱Q。
（2）若導線的質(zhì)量m=8.0g，長度L=0.1m，感應電流I=1.0A，假設一個原子貢獻1個自由電子，計算導線MN中電子沿導線長度方向定向移動的平均速率v（下表中列出了一些你可能用到的數(shù)據(jù)）。

（3）經(jīng)典物理學認為，金屬的電阻源于定向運動自由電子和金屬離子（金屬原子失去電子后剩余部分）的碰撞，展開你想象的翅膀，給出一個合理的自由電子運動模型：在此基礎上，求出導線MN中金屬離子對一個自由電子沿導線長度方向的平均作用力的表達式。
（1）見解析（2） （3）

試題分析：
（1）導線運動時產(chǎn)生的感應電動勢為，
導線中的電流為，
導線受到的安培力為，
物體勻速運動，拉力和安培力相等，所以拉力為，
拉力F做功，將F代入得到
電能為，
產(chǎn)生的焦耳熱為，由此可見
（2）導線MN中的總電子數(shù)N=，
導線MN中電子的電量為
通過導線的電流為
這些電量通過導線橫截面積的時間為
聯(lián)立以上各式得
（3）方法一：動量解法
設電子在每一次碰撞結(jié)束至下一次碰撞結(jié)束之間的運動都相同，設經(jīng)歷的時間為，電子的動量變化為零。
因為導線MN的運動，電子受到沿導線方向的洛倫茲力為的作用，有
沿導線方向，電子只受到金屬離子的作用力和作用，所以
聯(lián)立解得電子受到的平均作用力為
方法二：能量解法
設電子從導線的一端到達另一端經(jīng)歷的時間為t，在這段時間內(nèi)，通過導線一端的電子總數(shù)為
電阻上產(chǎn)生的焦耳熱是由于克服金屬離子對電子的平均作用力做功而產(chǎn)生的，有
在t時間內(nèi)電子運動過程中克服阻力所做的功，可以表示為
電流產(chǎn)生的焦耳熱為：
聯(lián)立解得
練習冊系列答案
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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

某學生利用“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置來測量一個質(zhì)量m=50g的鉤碼下落時的加速度值，該學生將鉤碼固定在紙帶下端，讓紙帶穿過打點計時器，實驗裝置如圖a所示．①以下是該同學正確的實驗操作和計算過程，請完成下面部分實驗步驟的有關內(nèi)容
A、按實驗裝置圖安裝器件
B、將打點計時器接到______（填直流或交流）電源上
C、先______，再______，然后______．
D、取下紙帶，取其中的一段標出計數(shù)點如圖b所示，測出相鄰計數(shù)點間的距離分別為S1=2.60cm，S2=4.14cm，S3=5.69cm，S4=7.22cm，S5=8.75cm，S6=10.29cm
已知打點計時器的打點頻率是f=50Hz，則計算鉤碼下落加速度的表達式為a=______，代入數(shù)值，可得加速度a=______m/s2（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
②該同學從實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉤碼下落時的加速度比實際的重力加速度�。疄榱擞行У乜s小這個實驗測得的加速度與實際的重力加速度之差，請你提出一個有效的改進方法：______．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖甲所示的裝置叫做阿特伍德機，是英國數(shù)學家和物理學家阿特伍德（G?Atwood1746-1807）創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置，用來研究勻變速直線運動的規(guī)律．
某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律，如圖乙所示．
（1）實驗時，該同學進行了如下步驟：
①將質(zhì)量均為M（A的含擋光片、B的含掛鉤）的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，處于靜止狀態(tài)．測量出______（填“A的上表面”、“A的下表面”或“擋光片中心”）到光電門中心的豎直距離h．
②在B的下端掛上質(zhì)量為m的物塊C，讓系統(tǒng)中的物體由靜止開始運動，光電門記錄擋光片擋光的時間為△t．
③測出擋光片的寬度d，計算有關物理量，驗證守恒定律．
（2）如果系統(tǒng)（重物A、B以及物塊C）的機械能守恒，應滿足的關系式為______（已知重力加速度為g）．
（3）引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因有______（寫一條即可）．
（4）驗證實驗結(jié)束后，該同學突發(fā)奇想：如果系統(tǒng)（重物A、B以及物塊C）的機械能守恒，不斷增大物塊C的質(zhì)量m，重物B的加速度a也將不斷增大，那么a與m之間有怎樣的定量關系？a隨m增大會趨于一個什么值？
請你幫該同學解決，
①寫出a與m之間的關系式：______（還要用到M和g）
②a的值會趨于______．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

在光滑絕緣的水平地面上方，有兩個磁感應強度大小均為B，方向相反的水平勻強磁場，如圖所示的PQ為兩個磁場的邊界，磁場范圍足夠大。一個半徑為a、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)垂直磁場方向，以初速度從如圖位置向右自由平移，當圓環(huán)運動到直徑剛好與邊界線PQ重合時，圓環(huán)的速度為，則下列說法正確的是 （     ）
A．此時圓環(huán)中的電功率為
B．此時圓環(huán)的加速度為
C．此過程中通過圓環(huán)截面的電量為
D．此過程中回路產(chǎn)生的電能為

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

籃球從高處釋放，在重力和空氣阻力的作用下加速下降過程，正確的是
A．合力對籃球做的功等于籃球動能的增加量
B．重力對籃球做的功等于籃球重力勢能的減少量
C．籃球重力勢能的減少量等于動能的增加量
D．籃球克服空氣阻力所做的功等于籃球機械能的減少量

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的光滑平行金屬導軌MN和PQ，它們的電阻可忽略不計，在M和P之間接有阻值為R="3.0Ω" 的定值電阻，導體棒ab長l=0.5m，質(zhì)量m=1kg，其電阻為r=1.0Ω，與導軌接觸良好.整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.4T.現(xiàn)使ab 以v0="10m/s" 的速度向右做勻速運動.

（1）使a、ｂ棒向右勻速的拉力F為多少？
（2）若撤掉拉力F，當導體棒速度v＝5m/s 時，試求導體棒的加速度大小為多少？
（3）試求從撤掉拉力F后，直至導體棒ab停止的過程中，在電阻R上消耗的焦耳熱。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，光滑曲面AB與水平面BC平滑連接于B點，BC右端連接內(nèi)壁光滑、半徑為r的細圓管CD，管口D端正下方直立一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧，輕彈簧一端固定，另一端恰好與管口D端齊平。質(zhì)量為m的小球在曲面上距BC的高度為2r處從靜止開始下滑，小球與BC間的動摩擦因數(shù)μ=，進入管口C端時與圓管恰好無作用力，通過CD后壓縮彈簧，在壓縮彈簧過程中速度最大時彈簧的彈性勢能為EP。求

（1）小球達到B點時的速度大小vB；
（2）水平面BC的長度s；
（3）在壓縮彈簧過程中小球的最大速度vm 。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

蹦極是一項既驚險又刺激的運動，深受年輕人的喜愛。如圖所示，蹦極者從P點靜止跳下，到達 A處時彈性繩剛好伸直，繼續(xù)下降到最低點B處，B離水面還有數(shù)米距離。蹦極者（視為質(zhì)點）在其下降的整個過程中，重力勢能的減少量為ΔE1、繩的彈性勢能增加量為ΔE2、克服空氣阻力做功為W，則下列說法正確的是
A．蹦極者從P到A的運動過程中，機械能守恒；
B．蹦極者與繩組成的系統(tǒng)從A到B的運動過程中，機械能守恒；
C．ΔE1=W+ΔE2
D．ΔE1+ΔE2="W"

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

(9分)如圖所示，長度為L長木板A右邊固定著一個擋板，包括擋板在內(nèi)的總質(zhì)量為M，靜止在光滑的水平地面上．小木塊B質(zhì)量為m，從A的左端開始以初速度v0在A上滑動，滑到右端與擋板發(fā)生碰撞，已知碰撞過程時間極短，碰后木塊B恰好滑到A的左端就停止滑動．則：

①判斷在整個運動過程中，A和B是否有可能在某一段時間里運動方向是向左的；
②求B與A間的動摩擦因數(shù)為μ．

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