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  • 做一下 PHYSTODAY 网友 的 高中 物理题

    网友   PHYSTODAY     在 反相吧 发了一个 帖 《【吧主】请率领反相大队做这套高中物理的题》   http://tieba.baidu.com/p/6516484627      ,

     

    里面 给了 一套题  《高二下学期 物理限时训练 (三)》 ,

     

    然后 我们 来 做一做   。

     

    第 1 题

     

     

     

    这道题, 我 选 B , 因为 电路不闭合, 也 有 电动势 。 

     

    感觉 现在 的 高中题 理论性 挺强 的, 除了 不用 高等数学 和 坐标系, 似乎 要求 对 物理 的 理解 要 比较 好 。

     

     

    第 16 题

    这是 一道 多选题  。

     

     

     

     

    我选 B 、D 。

     

    因为 是 匀加速运动, 所以, 线框 进入 磁场 后 通过 线框 的 Ф 和 线框 在 磁场 里 的 面积 S 成正比, 而 S = ʃ vt * bc, v = at, 中学 的 话 按照 匀加速运动 位移公式 可得 S = 1/2 a t² * bc , 所以, S 是 t 的 二次函数, Ф 是 t 的 二次函数, 所以 A 不正确 。

     

    电流 i 和 电动势 e 成正比, e 和 v 成正比, v = at, 所以, i 是 t 的 一次函数, 所以 B 正确 。

     

    线框 在 t2 完全进入 磁场, 也就没有了 Ф 的 变化, 也就没有 感应电动势 e, 也就没有 电压 U, 而 C 在 t2 后 还有 电压 U 且 增长, 所以 C 不正确 。

    网友  csq567a     指出   t2  之后 ad 端 电压  U 仍然 存在,    确实,  就像 同极并联 的  2 个 电池,   因为  2 个 电池 的 正极 和 正极 的 电势 相同,  负极 和 负极 的 电势 相同,  所以,   2 个 电池 之间 的 回路 里 没有电流,    但是,  正极 和 负极  之间 的 电压  是 存在 的 。

    但是,    线框 匀加速 运动,   v 成 正比例 增加,   U = BLv ,  U 也 成 正比例 增加,  在 函数图像 上,   t2 之后 的 U 仍然 是 在 t1 ~ t2  之间 的 直线(延长线) 上,     所以 C 还是 不正确 。

     

    线框 进入 磁场前, 没有 感应电流,也不受 安培力, 力 F 恒定 就可以 保持 匀加速运动, t1 后, 线框 开始 进入 磁场, 产生 感应电流, 受到 安培力 阻碍前进, 感应电流 和 感应电动势 成 正比, 感应电动势 和 速度 v 成正比, v = at, 所以, 感应电流 和 t 成正比, 安培力 和 感应电流 成 正比, 所以, 安培力 和 t 成正比 , 所以, t1 t2 之间, F 是 t 的 正比例函数, t2 之后, 线框 完全 进入 磁场, 也就没有了 Ф 的 变化, 也就没有了 感应电流, 也就没有 安培力 阻碍 线框 前进, 所以 力 F 和 进入 磁场 前 一样 就行, 所以 D 正确 。

     

    总的来说, 做这题 最好 有 一些 微积分思想, 比如 导数 这一类 的 会 比较 容易做, 不然 的话, 对于 匀加速运动 在 时刻 t 的 速度 以及 时刻 t 的 e = ⊿ Ф / ⊿ t 不好理解 , 这一点 理解 的 不好, 思路 就 不清晰, 就容易 做错 。

     

     

    第 17 题

    这是 一道 多选题  。

     

     

     

     

    我选 A 。

    但是, D 可能 正确 , 也可能 不正确 。

     

    根据 右手定则 可以 知道 导体棒 运动 产生 的 感应电流 方向 是 a -> b, 又根据 左手定则 可以 判断 导体棒 受到 的 安培力 方向 是 向左 。 也可以说 安培力 阻碍 导体棒 的 运动方向 。 所以 A 正确 。

     

    导体棒 开始 运动时, 速度 为 v0, 导体棒 和 R 组成 的 闭合电路 的 面积变化率 = v0 * L , 磁通量变化率 = v0 * L * B , 即 感应电动势 e = v0 * L * B, 但 电路 中 存在 导体棒 r 和 电阻 R 2 个 电阻, r = R, 所以, r 和 R 分到 的 电压 是 1/2 * e = 1/2 * v0 * L * B , 即 导体棒 两端 的 电压 U = 1/2 * v0 * L * B = 1/2 BLv0 。 

    所以 B 不正确 。

     

    导体棒 运动 过程中, 受到 弹簧拉力 和 安培力 阻碍运动, 所以, 当 导体棒 第一次 静止时, 初速度 v0 的 动能 1/2 m v0 ² 一部分 转化成了 弹性势能, 一部分 通过 安培力 的 反作用力 传递到了 产生磁场 B 的 磁体 或 和 磁体 相关的 外部系统 , 所以, 弹性势能 只是 1/2 m v0 ² 的 一部分, 不是 1/2 m v0 ² 。

    所以 C 不正确 。

     

    导体棒 最终 会 停在 初始位置, 但这可能需要 经过 无限长 的 时间, 呵呵 。 在 此 过程 中, 弹性势能 和 动能 互相转化, 但是 一部分 动能 会 通过 安培力 的 反作用力 传递 到 外部系统, 一部分 动能 会 通过 感应电流 在 电阻 上 发热 转化 为 热能 。 

     

    当 导体棒 静止 时, 全部 初始动能 1/2 m v0 ² 一部分 传递 到了 外部系统, 一部分 转化成了 热能 。 因为 初始动能 1/2 m v0 ² 一部分 传递 到了 外部系统, 所以 在 r 和 R 上 产生 的 总热能 应 小于 初始动能 1/2 m v0 ² ,    因为 r = R , 所以, r 和 R  产生 的 热 都 小于  1/2 * 1/2 m v0 ² = 1/4 m v0 ² 。

    所以 D 不正确 。

     

    但是, 如果 传递到 外部系统 的 动能 可以 像 弹簧 一样 返回 给 系统, 那么, 全部 初始动能 都将 转化为 热能, 则 R 上 产生 的 热 等于 1/4 m v0 ² , 此时, D 正确 。

     

    什么 情况下 传递到 外部系统 的 动能 可以 像 弹簧 一样 返回 给 系统 呢 ? 

    比如 磁体 连在 一个 弹簧 上 …… 嘿嘿嘿 ~

     

     

    我后来想了一下, 在 中学题目, 或者说 一个 理想状况 中, 可以认为 磁体 是 “固定” 的, 是 惯性系, 安培力 反作用力 向 外部系统 传递 能量, 但是 不影响 磁体 的 运动状态, 磁体 仍然 是 固定 的 , 至于 安培力 反作用力 怎么 向 外部系统 传递 能量 , 这个算是 细节, 可以忽略 , 当然, 不考虑 磁体 运动状态 的 改变 , 依然 能 把 能量 传递 到 外部系统, 这是 一种 理想状态 。

     

    在 这个 前提 下, 能量 会 传递到 外部系统, 所以, D 不正确 。

    当然, 这 只是 我的 想法 。

     

    但 我又想了一下,    在 这个 前提下,   D 正确  。   即  磁体 是 “固定” 的, 是 惯性系,  则 D 正确 。

    理想状况 下,   磁体 是 “固定” 的 ,  是  惯性系,     则 安培力 反作用力 向 外部系统 传递 的 能量 可以 忽略不计,  也可以说,  安培力 反作用力 不会 向 外部系统 传递 能量  。

    同样,   弹簧 的 一端  固定 在 墙 上,  墙 是 惯性系,  所以,   导体棒 的 动能 不会 通过 弹力 反作用力 传递 到 外部系统   。

    又比如,    人 在 地球 上 起跳,   地球 的 质量 远大于 人,  所以,  人 起跳时 传递 给 地球 的 动量  可以 忽略不计,  可以认为 地球 是 惯性系  。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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