2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (28)
展开1.(2023浙江十校联考)如图所示,一足够长的竖直放置的圆柱形磁体,产生一个中心辐射的磁场(磁场水平向外)。一个与磁体同轴的圆形金属环,质量为m=0.2 kg,单位长度的电阻为0.1π Ω/m,半径r=0.1 m(稍大于圆柱形磁体的半径)。金属环由静止开始下落,环面始终水平,金属环切割处的磁感应强度大小均为B=0.5 T,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2。则( )
A.金属环下落过程的最大速度为0.4 m/sB.金属环下落过程中,电流始终为逆时针方向(从上往下看)C.若下落时间为2 s时金属环已经达到最大速度,则这个过程通过金属环截面的电荷量为32 CD.若下落高度为3 m时金属环已经达到最大速度,则这个过程金属环产生的热量为4.4 J
2.(多选)(2023浙江高三联考)光滑水平轨道abc、ade在a端很接近但是不相连,bc段与de段平行,尺寸如图所示。轨道之间存在着方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。初始时质量为m的杆放置在b、d两点上,除电阻R外,杆和轨道电阻均不计。杆与导轨始终接触良好,与导轨bc段垂直。用水平外力将杆以初速度v0向左拉动,运动过程中电阻R消耗的电功率不变,在杆向左运动位移L时,下列说法正确的是( )
3.(多选)如图所示,光滑平行的金属导轨由半径为r的四分之一圆弧金属轨道MN和M'N'与足够长的水平金属轨道NP和N'P'连接组成,轨道间距为L,电阻不计;电阻为R、质量为m、长度为L的金属棒cd锁定在水平轨道上距离NN'足够远的位置,整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现在外力作用下,使电阻为R、质量为m、长度为L的金属棒ab从轨道最高端MM'位置开始,以大小为v0的速度沿圆弧轨道做匀速圆周运动,金属棒ab始终与导轨垂直且接触良好,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
4.(多选)(2023浙江温州期中)如图所示,足够长的光滑平行金属直导轨固定在水平面上,左侧轨道间距为2d,右侧轨道间距为d。轨道处于竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。质量为2m、接入电路有效电阻为2R的金属棒静止在左侧轨道上,质量为m、接入电路有效电阻为R的金属棒b静止在右侧轨道上。现给金属棒a一水平向右的初速度v0,经过一段时间两金属棒达到稳定状态。已知两金属棒运动过程中始终相互平行且与导轨良好接触,导轨电阻忽略不计,金属棒a始终在左侧轨道上运动,则下列说法正确的是( )
5.(2023浙江温州第二次适应考)如图所示,间距为d、折成直角的QFG和PEH金属导轨水平部分QF、PE足够长,竖直部分FG、EH底端接有电动势为E的电源和开关K,M、N两点间接有电容为C的电容器。倾角为θ的倾斜金属轨道TD、SC,间距也为d,S、T两点间接有自感系数为L的电感线圈。水平轨道和倾斜轨道用长度为l的水平粗糙绝缘材料平滑连接。整个空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。闭合开关K,电容器充电完毕后断开开关,并将质量为m、长度为d的金属杆ab从倾斜轨道上某一位置由静止释放,下滑过程中流过ab的电流大小为 (x为金属杆沿斜轨道下滑的距离)。ab到达倾斜轨道底端CD处时加速度恰好为0,通过粗糙绝缘材料到达PQ处时速度为v0。已知m=0.3 kg,d=0.5 m,θ=30°,E=1.0 V,C=1.2 F。L=0.1 H,B=1.0 T,v0=1.0 m/s,l=0.6 m。不计除绝缘材料外的一切摩擦与空气阻力,不计电感线圈、ab及导轨的电阻。ab始终与导轨垂直且接触良好。求:(力F与位移x共线时,可以用F-x图像下的“面积”代表力F所做的功)
(1)电容器充电完毕所带的电荷量Q;(2)ab释放处距水平轨道的高度h;(3)ab从EF处飞出时的速度v;(4)ab与粗糙绝缘材料的动摩擦因数μ。
答案 (1)1.2 C (2)0.4 m (3)1.5 m/s (4)0.25解析 (1)根据题意可知q=CE=1.2 C。(2)ab到达倾斜轨道底端CD处时加速度恰好为0,则mgsin θ=BIdcs θab释放处距水平轨道的高度h=xsin θ=0.4 m。(3)ab从PQ到EF过程中,由动量定理得解得v=1.5 m/s。
6.如图所示,粗糙水平导轨MPP'M'和光滑水平导轨PNN'P'在PP'处平滑连接,但彼此绝缘,导轨间距均为d,电阻均忽略不计;导轨右端NN'之间连接直流电阻不计的线圈,其自感系数为L,整个导轨处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。在导轨上垂直放置两根质量均为m、长度均为d的金属棒a和b,a电阻为R,b电阻不计。开始时b恰好处于导轨MPP'M'的最右端且被锁定,a处于距离PP'为d处。现给a一个平行于导轨向右、大小为I0的瞬时冲量,当两金属棒即将碰撞时解除b的锁定,两金属棒之间发生弹性正碰,碰撞后瞬间b的速度 。已知a与导轨MPP'M'间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,两金属棒碰撞时间极短。
(1)求a获得的初速度大小及此时a两端A、C两点的电势差。(2)求两金属棒碰撞前的过程中,a上产生的焦耳热。(3)已知b在导轨PNN'P'上的运动是简谐运动的一部分,求b从滑上导轨PNN'P'到再次回到PP'所用的时间。(提示:简谐运动的回复力与位移的
解析 (1)对a,根据动量定理有I0=mva0-0此时外电路电阻为零,a两端A、C两点的电势差为0。
(2)因两金属棒碰撞时间极短,故两金属棒组成的系统动量守恒,两金属棒之间的碰撞为弹性碰撞,设碰撞前瞬间a的速度为va,碰后瞬间a的速度为va',根据动量守恒定律和机械能守恒定律有mva=mva'+mvb
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