1、计算题 如图,一个轮形的发电机模型,处于磁感强度为B的匀强磁场中作匀速转动,轮轴通过圆心O且与磁场方向平行,轮半径是L.转动的角速度是ω,外电路连接一只平行板电容器,两板水平放置.板间距离是d,板间有一个质量m的带负电的微粒恰好处于平衡,则:
(1)发电机转轮是逆时针转动还是顺时针转动?
(2)带电微粒的电量是多大?
参考答案:(1)逆时针转动;(2)
本题解析:
试题分析:题带负电微粒处于平衡,可知它所受电场力竖直向上,则电容器上极板带正电,说明L杆产生的感应电动势方向指向圆心O,由右手定则判断可知发电机转轮逆时针转动;
(2)杆L产生的感应电动势为 ,
解得:
考点:导体棒切割磁感线
本题难度:一般
2、计算题 如图所示,MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距L为1m,电阻不计。导轨所在的平面与磁感应强度B为1T的匀强磁场垂直。质量m=0.2 kg、电阻r=1Ω的金属杆ab始终垂直于导轨并与其保持光滑接触,导轨的上端有阻值为R=3Ω的灯泡。金属杆从静止下落,当下落高度为h=4m后灯泡保持正常发光。重力加速度为g=10m/s2。求:
(1)灯泡的额定功率;
(2)金属杆从静止下落4m的过程中通过灯泡的电荷量;
(3)金属杆从静止下落4m的过程中灯泡所消耗的电能.
参考答案:(1)12 W(2)1 C(3)1.2 J
本题解析:(1)灯泡保持正常发光时,金属杆做匀速运动mg=BIL(1分)
得灯泡正常发光时的电流I=(1分)
则额定功率P=I2P=12 W (2分)
(2)平均电动势=,平均电流 (1分)
则电荷量q=Δt=="1" C (2分)
(3)E=I(R+r)=BLv (1分)
得金属杆匀速时的速度为v=8 m/s (1分)
由能量守恒有:mgh=mv2+W电 (1分)
得回路中消耗的总的电能W电=1.6 J (1分)
则灯泡所消耗的电能WR=W电=1.2 J (1分)
考点:考查了导体切割磁感线运动,电功率
本题难度:一般
3、简答题 如图,光滑斜面的倾角= 30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1 =" l" m,bc边的边长l2=" 0.6" m,线框的质量m =" 1" kg,电阻R = 0.1Ω,线框通过细线与重物相连,重物质量M =" 2" kg,斜面上ef线(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B =" 0.5" T,如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh的距离s =" 11.4" m,(取g = 10.4m/s2),求:
(1)线框进入磁场前重物M的加速度;
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(3)ab边由静止开始到运动到gh线处所用的时间t;
(4)ab边运动到gh线处的速度大小和在线框由静止开始到运动到gh线的整个过程中产生的焦耳热。
参考答案:(1)5m/s
(2)v="6" m/s
(3)ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为t = t1+t2+t3=2.5s
(4)整个运动过程产生的焦耳热Q = FAl2 =(Mg – mgsinθ)l2 =" 9" J
本题解析:(1)线框进入磁场前,线框仅受到细线的拉力FT,斜面的支持力和线框重力,重物M受到重力和拉力FT。对线框,由牛顿第二定律得FT – mg sinα= ma.
联立解得线框进入磁场前重物M的加速度=5m/s2
(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,所以重物受力平衡Mg = FT′,
线框abcd受力平衡FT′= mg sinα+ FA
ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E = Bl1v
形成的感应电流?受到的安培力
联立上述各式得,Mg = mg sinα+?代入数据解得v="6" m/s
(3)线框abcd进入磁场前时,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到运动到gh线,仍做匀加速直线运动。
进磁场前线框的加速度大小与重物的加速度相同,为a =" 5" m/s2
该阶段运动时间为
进磁场过程中匀速运动时间
线框完全进入磁场后线框受力情况同进入磁场前,所以该阶段的加速度仍为a = 5m/s2
?解得:t3 ="1.2" s
因此ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为t = t1+t2+t3=2.5s
(4)线框ab边运动到gh处的速度v′=v + at3 =" 6" m/s+5×1.2 m/s="12" m/s
整个运动过程产生的焦耳热Q = FAl2 =(Mg – mgsinθ)l2 =" 9" J
考查的知识点主要有牛顿定律、物体平衡条件、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力、运动学公式、能量守恒定律等。重点考查根据题述的物理情景综合运用知识能力、分析推理能力、运用数学知识解决物理问题的能力。
本题难度:一般
4、选择题 如图所示,一个由导体做成的矩形线圈,以恒定速率v运动,从无磁场区进入匀强磁场区,然后出来。若取逆时针方向为电流正方向,那么下图中的哪一个图线能正确地表示电路中电流与时间的函数关系
[? ]
A.
B.
C.
D.
参考答案:B
本题解析:
本题难度:一般
5、简答题 如图11-3所示,在跟匀强磁场垂直的平面内放置一个折成锐角的裸导线MON,∠MON=α。在它上面搁置另一根与ON垂直的导线PQ,PQ紧贴MO,ON并以平行于ON的速度V,从顶角O开始向右匀速滑动,设裸导线单位长度的电阻为R0,磁感强度为B,求回路中的感应电流。
参考答案:回路中感应电流
本题解析:【错解分析】错解:设PQ从顶角O开始向右运动的时间为Δt,
Ob=v·Δt,
ab=v·Δ·tgα,
不是我们要求的电动势的瞬时值。因为电阻(1+cosα+sinα)
由于两者不对应,结果就不可能正确。
【正确解答】
设PQ从顶角O开始向右运动的时间为Δt,Ob=v·Δt,ab=v·Δ
回路中ε=Blv=B·ab·v=Bv2·Δt·tgα。回路中感应电流
时间增大,产生的感应电动势不是恒量。避免出错的办法是先判断感应电动势的特征,根据具体情况决定用瞬时值的表达式求解。
本题难度:简单