能量转化和守恒是自然界中一条普遍规律.请结合相关知识完成下列问题:(1)机械运动中的能量转化和守恒.如图所示,...
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能量转化和守恒是自然界中一条普遍规律.请结合相关知识完成下列问题:
(1)机械运动中的能量转化和守恒.
如图所示,以光滑斜面固定在水平面上,斜面倾角为θ,长度为L.一质量为m的小物块由静止开始,由斜面顶端滑到底端,求此过程中重力做的功,并说明能量转化情况.
(2)电磁感应中的能量转化和守恒.
如图所示,在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道,MN、PQ固定在竖直平面内,相距为L,电阻不计,中间连接阻值为R的电阻.电阻为r的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在导轨上,且与轨道接触良好,以速度v竖直向下做匀速运动.探究此过程中,在时间∆t内重力做的功与感应电流的电功之间的关系,并说明能量转化情况.
(3)机械能与内能转化和守恒.
理想气体的分子可视为质点,分子间除相互碰撞外,无相互作用力.如图所示,正方体容器密封着一定质量的某种理想气体.每个气体分子的质量为m,已知该理想气体分子平均动能与温度的关系为Ek=kT(k为常数,T为热力学温度).如果该正方体容器以水平速度u匀速运动,某时刻突然停下来,求该容器中气体温度的变化量∆T.(容器与外界不发生热传递)
【回答】
见解析
【详解】
(1)物块下滑过程中重力做功
重力势能转化为物块的动能,总的机械能不变.
(2)导体棒下落过程产生的电动势
感应电流
因导体棒匀速下落,有
这段时间内感应电流的电功是
;
所以
在此过程中,重力克服安培力做功,重力做功数值等于电流做的功,减少的重力势能等于电路中产生的电能,电能通过电流做功转化为内能.
(3)设气体初始温度为,末温度为,容器中气体分子总数为N;
初始时分子平均动能
末态时分子平均动能
由能量守恒,气体的动能转化为气体的内能
解得
知识点:分子运动速率分布规律
题型:解答题
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