能量轉化和守恆是自然界中一條普遍規律.請結合相關知識完成下列問題:(1)機械運動中的能量轉化和守恆.如圖所示,...
問題詳情:
能量轉化和守恆是自然界中一條普遍規律.請結合相關知識完成下列問題:
(1)機械運動中的能量轉化和守恆.
如圖所示,以光滑斜面固定在水平面上,斜面傾角為θ,長度為L.一質量為m的小物塊由靜止開始,由斜面頂端滑到底端,求此過程中重力做的功,並説明能量轉化情況.
(2)電磁感應中的能量轉化和守恆.
如圖所示,在垂直於紙面向裏的磁感應強度為B的勻強磁場中,兩根光滑平行金屬軌道,MN、PQ固定在豎直平面內,相距為L,電阻不計,中間連接阻值為R的電阻.電阻為r的金屬導體棒ab垂直於MN、PQ放在導軌上,且與軌道接觸良好,以速度v豎直向下做勻速運動.探究此過程中,在時間∆t內重力做的功與感應電流的電功之間的關係,並説明能量轉化情況.
(3)機械能與內能轉化和守恆.
理想氣體的分子可視為質點,分子間除相互碰撞外,無相互作用力.如圖所示,正方體容器密封着一定質量的某種理想氣體.每個氣體分子的質量為m,已知該理想氣體分子平均動能與温度的關係為Ek=kT(k為常數,T為熱力學温度).如果該正方體容器以水平速度u勻速運動,某時刻突然停下來,求該容器中氣體温度的變化量∆T.(容器與外界不發生熱傳遞)
【回答】
見解析
【詳解】
(1)物塊下滑過程中重力做功
重力勢能轉化為物塊的動能,總的機械能不變.
(2)導體棒下落過程產生的電動勢
感應電流
因導體棒勻速下落,有
這段時間內感應電流的電功是
;
所以
在此過程中,重力克服安培力做功,重力做功數值等於電流做的功,減少的重力勢能等於電路中產生的電能,電能通過電流做功轉化為內能.
(3)設氣體初始温度為,末温度為,容器中氣體分子總數為N;
初始時分子平均動能
末態時分子平均動能
由能量守恆,氣體的動能轉化為氣體的內能
解得
知識點:分子運動速率分佈規律
題型:解答題