我国北方常遭遇严重的沙尘暴天气.所谓沙尘暴可简化为如下情景:快速向上刮起的大风将大量沙尘颗粒扬起后悬浮在空中,可视为这时风对沙尘的作用力与沙尘的重力平衡.已知风

我国北方常遭遇严重的沙尘暴天气.所谓沙尘暴可简化为如下情景:快速向上刮起的大风将大量沙尘颗粒扬起后悬浮在空中,可视为这时风对沙尘的作用力与沙尘的重力平衡.已知风

题型:上海二模难度:来源:
我国北方常遭遇严重的沙尘暴天气.所谓沙尘暴可简化为如下情景:快速向上刮起的大风将大量沙尘颗粒扬起后悬浮在空中,可视为这时风对沙尘的作用力与沙尘的重力平衡.已知风对沙尘粒作用力大小的可近似表达为 f=
1
2
ρπr2 v 2,式中ρ为空气密度,r为沙尘粒的半径(沙尘粒可近似看成球体,且体积V=
4
3
πr3),v为风速.如果沙尘粒的密度ρ=3×103kg/m3,沙尘粒的半径r=2.5×10-4m,地面的空气密度ρ=1.25kg/m3,若空气密度ρ 随地面高度h的变化关系为每升高1km,空气密度减少0.2kg/m3(g取10m/s2).求:
(1)要形成沙尘暴现象,地面的风速至少为多少?
(2)当地面风速为8m/s时,沙尘暴的最大高度为多少?
答案
(1)沙尘颗粒受重力G=mg=ρVg=ρ
4
3
πr3g与空气作用力为f=
1
2
πρr2v2作用而平衡,
在地面附近空气密度ρ0=1.25kg/m3,由平衡条件得:ρ
4
3
πr3g=
1
2
ρπr2v2
则v=


8ρrg
3ρ
=


8×3×103kg/m3×2.5×10-4m×10N/kg
3×1.25kg/m3
=4m/s;
(2)当风速v=8m/s时,由ρ
4
3
πr3g=
1
2
ρ′πr2v2,得:

其中ρ′=ρ-kh 

故h=
ρ
k
-
8ρrg
3v2
=
1.25
0.2
km-
8×3×103×2.5×10-4×10
82
km=4.7km
答:(1)要形成沙尘暴现象,地面的风速至少为4m/s;
(2)当地面风速为8m/s时,沙尘暴的最大高度为4.7km.
举一反三
用密度为d、电阻率为ρ、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框abb′a′.如图所示,金属方框水平放在磁极的狭缝间,方框平面与磁场方向平行.设匀强磁场仅存在于相对磁极之间,其他地方的磁场忽略不计.可认为方框的aa′边和bb′边都处在磁极间,极间磁感应强度大小为B.方框从静止开始释放,其平面在下落过程中保持水平(不计空气阻力).
(1)求方框下落的最大速度vm(设磁场区域在竖直方向足够长);
(2)当方框下落的加速度为
g
2
时,求方框的发热功率P;
(3)已知方框下落的时间为t时,下落的高度为h,其速度为vt(vt<vm).若在同一时间t内,方框内产生的热与一恒定电流I0在该框内产生的热相同,求恒定电流I0的表达式.

魔方格
题型:北京难度:| 查看答案
如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上.导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好.在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B.开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内.
(1)求导体棒所达到的恒定速度v2
(2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多少?
(3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大?
(4)若t=0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小.魔方格
题型:上海难度:| 查看答案
如图所示,在与水平面成θ=30°角的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计.空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20T,方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg,回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50m.现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动的过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上.g取10m/s2.求:
(1)导体棒cd受到的安培力大小;
(2)导体棒ab运动的速度大小;
(3)拉力对导体棒ab做功的功率.魔方格
题型:南充二模难度:| 查看答案
如图所示,固定在水平桌面上的光滑金属框架cdef处于竖直向下磁感应强度为B0的匀强磁场中.金属杆ab与金属框架接触良好.此时abed构成一个边长为l的正方形,金属杆的电阻为r,其余部分电阻不计.
(1)若从t=0时刻起,磁场的磁感应强度均匀增加,每秒钟增量为k,施加一水平拉力保持金属杆静止不动,求金属杆中的感应电流.
(2)在情况(1)中金属杆始终保持不动,当t=t1秒末时,求水平拉力的大小.
(3)若从t=0时刻起,磁感应强度逐渐减小,当金属杆在框架上以恒定速度v向右做匀速运动时,可使回路中不产生感应电流.写出磁感应强度B与时间t的函数关系式.魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
如图所示,沿竖直方向取一条y轴,y轴向下为正,虚直线表示y=0的水平面.磁场方向水平向里,磁感应强度B的大小只随y而变化,变化关系为By=B0+ky(B0和k为已知常数,且k>0,y>0),一个质量为m、边长为L、电阻为R的正方形金属框,从y>0的某处由静止开始沿竖直方向下落,下落速度越来越大,最终稳定为某一数值,称为收尾速度.磁场足够大,金属框在整个下落过程都没有离开磁场,且金属框始终保持在的竖直平面内和不发生转动,求
(1)金属框中的感应电流方向;
(2)金属框的收尾速度的大小.魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
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