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宇宙飛船一般由化學(xué)燃料制成的火箭靠反沖發(fā)射升空,升空以后,可以繞地球飛行,但要穿越太空遨行,還需其他動力的作用,這種動力可以采用多種方式,有人提出過采用離子發(fā)動機,也有人設(shè)想利用太陽光產(chǎn)生的光壓作動力。
(1)已知地球的半徑為
,地球表面的重力加速度為g,某次發(fā)射的宇宙飛船在離地球表面高
的高空中繞地球運行,試用以上各量表示它繞行的速度。
(2)若某宇宙飛船采用光壓作為動力,即利用太陽光對飛船產(chǎn)生的壓力加速。給飛船安上面積極大、反射率極高的薄膜,正對太陽,靠太陽光在薄膜上反射時產(chǎn)生的壓力推動宇宙飛船,因為光子不僅有能量,還有動量,其動量
,其中h為普朗克常量,λ為光的波長。若該飛船的質(zhì)量為
,反射薄膜的面積為
,單位面積上獲得太陽能的功率為
,太陽發(fā)出的光按照單一平均頻率簡化分析,那么飛船由光壓獲得的最大加速度為多大?
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相距很近的平行板電容器,在兩板中心各開有一個小孔,如圖5甲所示,靠近A板的小孔處有一電子槍,能夠持續(xù)均勻地發(fā)射出電子,電子的初速度為v0 ,質(zhì)量為m,電量為-e,在AB 兩板之間加上圖5乙所示的交變電壓,其中0< k <1,U0=
;緊靠B 板的偏轉(zhuǎn)電場電壓也等于U0 ,板長為L,兩板間距為d,距偏轉(zhuǎn)極板右端L/2處垂直放置很大的熒光屏PQ。不計電子的重力和它們之間的相互作用,電子在電容器中的運動時間可以忽略不計。
(1)在0—T 時間內(nèi),熒光屏上有兩個位置會發(fā)光,試求這兩個發(fā)光點之間的距離。(結(jié)果用L、d 表示,第(2 )小題亦然)
(2)只調(diào)整偏轉(zhuǎn)電場極板的間距(仍以虛線為對稱軸),要使熒光屏上只出現(xiàn)一個光點,極板間距應(yīng)滿足什么要求?
(3)撤去偏轉(zhuǎn)電場及熒光屏,當k 取恰當?shù)臄?shù)值,使在0—T 時間內(nèi)通過電容器B 板的所有電子,能在某一時刻形成均勻分布的一段電子束,求k 值。
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激光器是發(fā)射激光的裝置。一種紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光,每道閃光稱為一個光脈沖.若這種激光器光脈沖的持續(xù)時間為1.0×10-11s,波長為694.3nm,發(fā)射功率為1.0×1010W,問:
(1)每列光脈沖的長度是多少?
(2)用紅寶石激光器照射皮膚上色斑,每10mm2色斑上吸收能量達到60J以后,便逐漸消失,一顆色斑的面積為50mm2,則要吸收多少個紅寶石激光脈沖,才能逐漸消失?
(3)若激光束在真空中沿直線AB傳播,于玻璃球表面的B點經(jīng)折射進入小球,并在玻璃球表面的D點又經(jīng)折射進入真空中,已知∠BOD=120°,玻璃球?qū)υ摷す獾恼凵渎蕿?img src='http://thumb.zyjl.cn/pic1/files/down/test/2014/03/06/22/2014030622543421678346.files/image007.gif'>,光在真空中的傳播速度為c,求此激光束在玻璃中穿越的時間。
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在實際應(yīng)用中有多種自動控溫裝置,以下是其中兩種控溫裝置:
(1)圖5(a)為某自動恒溫箱原理圖,箱內(nèi)的電阻R1=2kΩ,R2=1.5kΩ,R3=4kΩ,Rt為熱敏電阻,其電阻隨溫度變化的圖像如圖5(b)所示。當a、b兩點電勢Ua<Ub時,電壓鑒別器會令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;當Ua>Ub時,電壓鑒別器會使S斷開,停止加熱,則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為____℃,恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為_____。
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(2)有一種由PTC元件做成的加熱器,它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖像如圖5(c)所示。該加熱器向周圍散熱的功率為PQ=k(t-t0),其中t為加熱器的溫度,t0為室溫(本題中取20℃),k=0.1W/℃。
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①當PR=PQ時加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定,則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為________℃;
②(單選)某次工作中,該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過程中,下列溫度變化過程用時最短的是( )
(A)20℃~24℃
(B)32℃~36℃
(C)48℃~52℃
(D)60℃~64℃
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如圖所示,兩平行的光滑金屬導(dǎo)軌安裝在一傾角為α的光滑絕緣斜面上,導(dǎo)軌間距為L,電阻忽略不計且足夠長,一寬度為d的有界勻強磁場垂直于斜面向上,磁感應(yīng)強度為B。另有一長為2d的絕緣桿將一導(dǎo)體棒和一邊長為d(d <L)的正方形線框連在一起組成的固定裝置,總質(zhì)量為m,導(dǎo)體棒中通有大小恒為I的電流。將整個裝置置于導(dǎo)軌上,開始時導(dǎo)體棒恰好位于磁場的下邊界處。由靜止釋放后裝置沿斜面向上運動,當線框的下邊運動到磁場的上邊界MN處時裝置的速度恰好為零。重力加速度為g。
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(1)求剛釋放時裝置加速度的大。
(2)求這一過程中線框中產(chǎn)生的熱量;
(3)在圖(b)中定性地畫出整個裝置向上運動過程中的速度-時間(v-t)圖像;
(4)之后裝置將向下運動,然后再向上運動,經(jīng)過若干次往返后,最終整個裝置將在斜面上作穩(wěn)定的往復(fù)運動。求穩(wěn)定后裝置運動的最高位置與最低位置之間的距離。
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二.某物理實驗小組想利用所學(xué)的知識粗略地估算太陽輻射功率。他們通過多種途徑,查閱到以下資料:日地距離r=1.5×1011m,水的比熱c=4.2×103J/(kg·℃),射到地球大氣層的太陽能被地面所吸收的百分比約為50%。他們做了如下的實驗:取一個橫截面積S=3×10-2m2的不高的圓筒,圓筒內(nèi)裝水m=0.60kg。某天中午在太陽下垂直照射時間t=10min后,測得水的溫度升高了△t=5.0℃.請你幫助該小組的同學(xué)估算太陽的輻射功率(忽略照射期間的散熱)?
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如圖所示,在xOy平面內(nèi),緊挨著的三個“柳葉”形有界區(qū)域①②③內(nèi)(含邊界上)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,它們的邊界都是半徑為a的
圓,每個
圓的端點處的切線要么與x軸平行、要么與y軸平行。①區(qū)域的下端恰在O點,①②區(qū)域在A點平順連接、②③區(qū)域在C點平順連接。大量質(zhì)量均為肌電荷量均為q的帶正電的粒子依次從坐標原點O以相同的速率、各種不同的方向射入第一象限內(nèi)(含沿x軸、y軸方向),它們只要在磁場中運動,軌道半徑就都為口a在y≤-a的區(qū)域,存在場強為E的沿-x方向的勻強電場。整個裝置在真空中,不計粒子重力、不計粒子之間的相互作用。
(1)粒子從O點出射時的速率v0;
(2)這群粒子中,從O點射出至運動到x軸上的最長時間;
(3)這群粒子到達少軸上的區(qū)域范圍。
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如圖所示的直角三角形ABC是玻璃磚的橫截面,∠B= 90°,∠A= 30°E為BC邊的中點,BC=三。一束平行于AB的光束從AC邊上的某點射入玻璃磚,進入玻璃磚后,在BC邊上的E點被反射,EF是該反射光線,一且EF恰與AC平行。求:
(i)玻璃磚的折射率;
(ii)該光束從射入玻璃磚開始計時,經(jīng)BC邊上的E點反射后,到緊接著的一次射出玻璃磚所需的時間。
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為了測量兩個質(zhì)量不等的沙袋的質(zhì)量,由于沒有直接測量工具,某實驗組應(yīng)用下列器材測量:輕質(zhì)定滑輪(質(zhì)量和摩擦可忽略)、砝碼一套(總質(zhì)量為m=0.5 kg)、細線、米尺、秒表,他們根據(jù)已學(xué)過的物理學(xué)知識,改變實驗條件進行多次測量,選擇合適的變量得到線性關(guān)系,作出圖線并根據(jù)圖線的斜率和截距求出沙袋的質(zhì)量.操作如下:
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(1)實驗裝置如題圖1,設(shè)左右兩邊沙袋的質(zhì)量分別為m1、m2;
(2)從m中取出質(zhì)量為m′的砝碼放在右邊沙袋中,剩余砝碼都放在左邊沙袋中,發(fā)現(xiàn)m1下降m2上升;
(3)用米尺測出沙袋m1從靜止下降的距離h,用秒表測出沙袋m1下降時間t,則可知沙袋的加速度大小為a=________
(4)改變m′,測量相應(yīng)的加速度a,得到多組m′及a的數(shù)據(jù),作出________(選填“a~m′” 或“a~
”)圖線;
(5)若求得圖線的斜率k=4 m/kg·s2,截距b=2 m/s2,沙袋的質(zhì)量m1=________kg,m2=________kg。
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在絕緣粗糙的水平面上相距為6L的A、B兩處分別固定電量不等的正電荷,兩電荷的位置坐標如圖(甲)所示,已知B處電荷的電量為+Q。圖(乙)是AB連線之間的電勢φ與位置x之間的關(guān)系圖像,圖中x=L點為圖線的最低點,x=-2L處的縱坐標φ=φ0,x=0處的縱坐標φ=
φ0,x=2L處的縱坐標φ=
φ0。若在x=-2L的C點由靜止釋放一個質(zhì)量為m、電量為+q的帶電物塊(可視為質(zhì)點),物塊隨即向右運動。 求:
(1)固定在A處的電荷的電量QA ;
(2)為了使小物塊能夠到達x=2L處,試討論小物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ所滿足的條件;
(3)若小物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=
,小物塊運動到何處時速度最大?并求最大速度vm;
(4)試畫出μ取值不同的情況下,物塊在AB之間運動大致的速度-時間關(guān)系圖像。
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