小谦在探究“磁体间相互作用规律”时发现:磁体间的距离不同,作用力大小也不同。
他想:磁体间作用力的大小与磁极间的距离有什么关系呢?
(1)你的猜想是__________________。
(2)小谦用如图所示的实验进行探究。由于磁体间作用力的大小不便测量,他通过观察细线与竖直方向的夹角θ的变化,来判断磁体间力的变化,用到的科学方法是__________法。
(3)小谦分析三次实验现象,得出结论:磁极间距离越近,相互作用力越大。小月认为:这个结论还需要进一步实验论证,联想到磁体间的相互作用规律,还须研究甲、乙两块磁铁相互_______时,磁体间作用力与距离的关系。
(1)磁极间的距离越近,磁体间的作用力越大 (2)转换 (3)排斥
【解析】(1)既然发现磁体间的距离不同时,作用力大小也不同,则可以提出猜想:磁极间的距离越近,磁体间的作用力越大。当然其它猜想只要是围绕磁体间的作用力与距离关系来提出的都可以。(2)当某种现象不容易直接观察时,可以借助其它现象来判断需要观察的现象的情况,这种方法叫做转换法。(3)由于小谦在探究“磁体间作用力大小与磁极间的距离有什么关系”时,只做了磁极相互吸引的情况,而磁极间的作用力还有相互排斥的情况,所以还须研究甲、乙两块磁铁相互排斥时,磁体间作用力与距离的关系。
在测量小灯泡电功率的实验中,已知灯泡额定电压U额=2.5V,电源电压保持不变。
(1)用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器,使电压表示数为2.5V,此时电流表示数(如图乙)为______A。则小灯泡的额定功率为______W。
(3)如果没有电压表,用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率。其中,定值电阻的阻值为R0。先断开开关S2、闭合开关S、S1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为;再保持变阻器滑片的位置不变,只断开开关_______、闭合其它开关,读出电流表示数为I,灯泡额定功率的表达式为P额=_________(用R0、U额、I的代数式表示)。
(1)如图20-1所示 (2)0.28 0.7 (3)S1
【解析】(1)由图知,只需用一条导线将滑动变阻器下端的一个接线柱连接到小灯泡右端的接线柱即可,连接情况如图20-1所示;(2)由图乙知,电流表使用的量程是0.6A,则读出的示数为0.28A,由P=UI,计算出小灯泡的额定功率为;(3)根据实验原理P=UI,为了得出小灯泡的额定功率,需要知道的数据是U额和I额;当断开开关S2、闭合开关S、S1时,定值R0与小灯泡并联接在电路中,电流表测通过R0的电流I0,由题意知(此式表明电阻R0与小灯泡两端的电压为U额);保持变阻器的滑片的位置不变,可通过断开S1,闭合S和S2使电流表示数等于通过R0和小灯泡的电流之和,然后再利用并联电路的电流规律得出通过小灯泡的电流(因为这样设计开关的通断仍然能保证R0与小灯泡两端的电压为U额,所以此时通过小灯泡的电流刚好为I额),根据题意可得出,所以灯泡额定功率的表达式为。
图20-1
小谦根据如图甲所示的电路组装成调光灯,并进行测试。电源电压保持不变,小灯泡的额定电压是6V,小灯泡的I—U图像如图乙所示。
求:
(1)小灯泡正常发光时的电阻。
(2)小灯泡正常发光10min消耗的电能。
(3)经测算,小灯泡正常发光时的功率占电路总功率50%,如果把灯光调暗,使小灯泡两端电压为3V,小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比是多少?
(4)小谦认为这个调光灯使用时,小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低,请写出一种出现这种情况的原因。
解:由图甲知,小灯泡L与滑动变阻器串联接在电路中,电压表测L两端电压
(1)由图乙知,当U=U额=6V时,通过灯泡的电流I=I额=1.0A
由小灯泡正常发光时的电阻为
(2)小灯泡正常发光10min消耗的电能为
(3)当小灯泡正常发光时,消耗的电功率为
设电源电压为U总,电路消耗的总功率为P总
由得
解得U总=12V
由图乙知,当灯泡两端的电压为U=3V时,电路中的电流为I=0.7A
此时小灯泡消耗的电功率为
此时电路消耗的总功率为
小灯泡的实际功率占电路总功率的百分比为
(4)通过计算知,小灯泡的额定电压只有电源电压的一半,所以灯泡发光时的电压比电源电压小太多应该是小灯泡的功率占电路总功率的百分比太低的主要原因之一。
如图所示是正在航拍的无人机。起飞前,放在地面上要确保四脚着地;启动后,利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的参数如下表,求:(g取10N/kg)
(1)无人机从地面飞到离地20m高处,至少要多长时间?
(2)无人机从20m高处降落到地面,重力做功是多少?
(3)无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少?
(4)无人机的突出问题是飞行时间短,请提出一个解决问题的合理建议。
解:(1)由得至少要用的时间为
(2)重力做功为
(3)无人机对地面的压强为
(4)无人机飞行过程需要消耗电能来克服重力做功,所以为了减少电能的消耗,延长飞行时间,可以减小无人机的质量。或者增加电池储存的电能也可以延长飞行时间。
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