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(18分)如图所示,两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ,导轨间距为l,所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。如图所示,将甲、乙两阻值相同,质量均为m的相同金属杆放置在导轨上,甲金属杆处在磁场的上边界,甲、乙相距 l。从静止释放两金属杆的同时,在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外力,使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动,且加速度大小a=gsinθ,乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动。

(1)求每根金属杆的电阻R为多少?

(2)设刚释放金属杆时开始计时,写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中外力F

随时间t的变化关系式,并说明F的方向。

(3)若从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙金属杆共产生热量Q,试求此过程中

外力F对甲做的功。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

 

答案:
(1) (2),方向沿导轨向下。 (3)WF =2Q - mglsinθ 【解析】(1)因为甲、乙加速度相同,所以,当乙进入磁场时,甲刚出磁场 乙进入磁场时的速度    (1分)      根据平衡条件有                     (2分) 解得:            (1分) (2)甲在磁场中运动时,外力F始终等于安培力                             (1分)                      (1分) 解得:,方向沿导轨向下。(2分) (3)乙进入磁场前,甲、乙发出相同热量,设为Q1,则有                                    (2分)                又 F=F安                                 (1分) 故外力F对甲做的功WF =Fl=2Q1                        (1分) 甲出磁场以后,外力F为零。 乙在磁场中,甲、乙发出相同热量,设为Q2,则有                                 (2分)    又                       (1分)            Q=Q1+Q2                                            (1分) 解得: WF =2Q - mglsinθ                    (2分)
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(9分)二极管是一种半导体元件,它的符号为“说明: 6ec8aac122bd4f6e”,其特点是具有单向导电性,即电流从正极流入时电阻比较小,而从负极流入时电阻比较大。

(1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线。因二极管外壳所印的标识模糊,为判断该二极管的正、负极,他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反向电阻。其步骤是:将选择开关旋至合适倍率,进行欧姆调零,将黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右端时,指针偏角比较小。然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量,指针偏角比较大,由此判断     端为二极管的正极。(选填“左”、“右”)

(2)厂家提供的伏安特性曲线如右图,为了验证厂家提供的数据,该小组对加正向电压时的伏安特性曲线进行了描绘,可选用的器材有:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

A.直流电源E:电动势3V,内阻忽略不计

B.滑动变阻器R:0~20Ω

C.电压表V1:量程5V、内阻约50kΩ

D.电压表V2:量程3V、内阻约20kΩ

E.电流表A:量程0.6A、内阻约0.5Ω

F.电流表mA:量程50mA、内阻约5Ω

G.待测二极管D

H.单刀单掷开关S,导线若干

为了提高测量结果的准确度,电压表应选用      ,电流表应选用      。(填序号字母)

(3)为了达到测量目的,请在答题卡上虚线框内画出正确的实验电路原理图。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(4)为了保护二极管,正向电流不要超过25mA,请你对本实验的设计或操作提出一条合理的建议: