拔尖14公开课教案教学设计课件资料.docxVIP

PAGE1

PAGE1

物理拔尖14

17、小明在冬天使用保温杯装开水，突然“嘭”的一声，瓶内气体温度升高顶开了未拧紧的瓶盖。如图所示，一个绝热容器瓶口横截面积，当装入一定量的开水后迅速塞上不透气的绝热瓶塞，瓶塞重20g且与瓶口间有大小为的最大静摩擦力。通过晃动容器（瓶身保持竖直）使瓶内气体温度升高，温度上升到最高时瓶塞恰好松动，并被弹出。大气压强。求：

（1）瓶内气体升到最高温后达到的压强p；

（2）若瓶内气体刚封闭时温度为，则瓶内气体达到最高温后的温度T；

（3）若活塞从移动到离开瓶口过程位移，滑动后摩擦力即立刻消失，该过程瓶内气体内能损失0.212J，则瓶塞离开瓶口后的速度v。（不计喷出过程瓶内气体热量损失及液化）

18.如图所示，光滑曲面轨道AB、光滑竖直圆轨道、水平轨道BD、水平传送带DE各部分平滑连接，水平区域FG足够长，圆轨道最低点B处的入、出口靠近但相互错开，滑块落到FG区域时马上停止运动。现将一质量为的滑块从AB轨道上某一位置由静止释放，若已知圆轨道半径，水平面BD的长度，传送带长度，距离落地区的竖直高度，滑块始终不脱离圆轨道，且与水平轨道BD和传送带间的动摩擦因数均为，传送带以恒定速度逆时针转动（不考虑传送带轮的半径对运动的影响）。

（1）若，则滑块运动至B点时对圆弧轨道的压力；

（2）若滑块不脱离圆轨道且从E点飞出，求滑块释放点高度的取值范围；

（3）求滑块静止时距B点的水平距离x与释放点高度h的关系。

19.如图所示，水平金属圆环由沿半径方向的金属杆连接，外环和内环的半径分别为r?=0.3m，r?=0.1m，圆环区域存在方向竖直向上，磁感应强度大小B=1T的匀强磁场，金属圆环以角速度ω=5rad/s绕中心轴线转动。金属环电阻不计，金属杆电阻.R１=0.1Ω,两环通过电刷分别与间距L=0.5m的两条不计电阻的平行光滑金属导轨MQN、MQN连接,其中MQ、MQ段倾斜放置,倾斜角θ=30°,MQ=MQ=4m,QN,QN段水平放置,两段之间通过一小段(大小可忽略)光滑圆弧绝缘材料平滑相连，在Q和Q两端向下引出两根无电阻的金属导线通过电键S?与一电容量C=0.6F的电容器相连，在N和N两端与电阻R=0.1Ω相连，在倾斜导轨MQ、MQ区域内加有垂直于倾斜导轨平面向下的匀强磁场B1=2T，在水平导轨的DDEE区域内加有垂直水平导轨平面向上的匀强磁场B2=0.4T,DD、EE均与导轨垂直,且.DE=DE=L=0.5m,，U形金属框cdef除c、d、e、f横截面处外其他表面都有绝缘层(与导轨间绝缘)，U形金属框质量为3m，每边电阻均为R?=0.1Ω，各边长度均为L=0.5m，开始时紧挨导轨静置于DDEE左侧外。现有一不计电阻的质量为m的金属棒a紧贴MM放置，合上电键S?时金属棒恰好静止在导轨上。(g=10m/s2)(1)求金属棒a的质量m；(2)断开S?同时闭合S?

20.某型号质谱仪由加速区域和偏转区域构成，如图所示，O1，O2为加速电场两金属板上的小孔，长方体形状的偏转区域位于侧面P、M之间，分界面Q将该区域分为宽度均为d的相同的Ⅰ、Ⅱ两部分，OO′是长方体的中心线，且O1、O2、O、O′在同一水平直线上。以O为坐标原点，垂直纸面向内为x轴、竖直向上为y轴、水平向右为z轴建立直角坐标系Oxyz，区域Ⅰ、Ⅱ内分别充满沿x轴正方向的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，加速电场的电压为U。某种带正电的待测粒子流从O1孔飘入电场（初速度视为零），加速后从O2处射出，再从O点进入偏转区域，穿过分界面Q后，再从侧面M穿出，不计粒子重力。

（1）若已知粒子流穿过分界面Q时的y坐标为y0，求粒子在磁场中偏转角度的正弦值；

（2）若已知粒子流穿过侧面M时的x坐标为x0，求粒子的比荷；

（3）若希望增大氘、氚打到M板上在x方向的距离，可以采取怎样的措施。请定性给出两种可行的方法；

（4）若已知粒子的电量为q、质量为m，加速电压U在波动，即（u0－?u)≤u≤(u0＋?u），磁场B、电场E稳定，分别用x01、x02表示粒子流穿过侧面M时的x坐标的最小值、最大值，求的值。

?

17【答案】（1）；（2）330K；（3）

【解析】（1）对瓶塞受力分析得

解得

（2）瓶内气体升温过程为一个等容变化

解得

（3）由热力学第一定律可得

由动能定理可得

得

PAGE1

PAGE1

１８

１９

２０【答案】（1）；（2）；（3）见解析；（4）

【解析】

【详解】（1）作出粒子在磁场中偏转的示意图如图所示

根据几何关系有

，

解得

，

（2）在O1、O2两金属板间，由动能定理得

在区域I中，粒子做匀速圆周运动，磁场力提供向心力，由牛顿第二定律得

联立解得

设区域II中粒子沿z轴