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题型:简答题
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简答题

如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35cm,摩擦小轮半径r0=1.00cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积S=20cm2,总电阻R1=40Ω.磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场,其磁感应强度大小为B=0.01T,车头灯电阻R2=10Ω.当车轮转动的角速度ω=8rad/s时,求:

(1)发电机磁极转动的角速度;

(2)车头灯中电流的有效值(结果保留两位有效数字).

正确答案

(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有:

r0ω0=rω

所以:ω0===280rad/s

(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为:

Em=NBSω0=800×0.01×280×20×10-4=4.48V

感应电动势的有效值:E===3.2V

通过电流的有效值:I==0.064A

答:(1)发电机磁极转动的角速度280rad/s.

(2)车头灯中电流的有效值0.064A.

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简答题

如图(a),一个电阻值为R,匝数为n的圆形金属线与阻值也为2R的电阻R1连结成闭合回路.线圈的半径为r.在线圈包围的空间内,存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示.图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计.求0至t时间内

(1)通过电阻R1上的电流大小和方向;

(2)通过电阻R1上的电量q.

正确答案

(1)由图象分析可知,0至t0时间内:=

由法拉第电磁感应定律得,感应电动势:E=n=nS,

其中:S=πr2

由闭合电路欧姆定律得,电流:I=

解得,通过电阻R1上的电流:I=

由楞次定律可知,通过电阻R1上的电流方向为从b到a

(2)通过电阻R1上的电量:q=It=

答:(1)通过电阻R1上的电流大小为:,方向:从b到a;

(2)通过电阻R1上的电量为

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简答题

如图所示,固定在水平桌面上平行光滑金属导轨cdeg之间的距离为Ld、e两点接一个阻值为R的定值电阻,整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)。有一垂直放在导轨上的金属杆ab,其质量为m、电阻值为r0在平行导轨的水平拉力F的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,F随时间t变化规律为F=F0+kt,其中F0k为已知的常量,经过t0时间撤去拉力F.轨道的电阻不计。求

   

(1)t0时金属杆速度的大小v0

(2)磁感应强度的大小B

(3)t0之后金属杆ab运动速度大小v随位移大小x变化满足:,试求撤去拉力F到金属杆静止时通过电阻R的电荷量q

正确答案

(1)(2)  (3)

(1)金属杆的加速度大小为时刻速度大小为,电流为,则

 ①(2分)

          ②(2分)

             ③(1分)

由①②③得   ④(1分)

由于是恒量,所以必须    ⑤(1分)

         ⑥(2分)

   ⑦(2分)

(2)由⑤得       ⑧(2分) 

把⑥代入得  ⑨(2分)

(3)金属杆从撤去拉力F到静止时通过的距离满足

  得 ⑩ (1分)

通过电阻的电荷量   11  (1分)

其中             12   (1分)

由⑩1112式得       13(1分)

将⑦⑨代入得 14    (1分)

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如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35cm,摩擦小轮半径r0=1.00cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积S=20cm2,总电阻R1=40Ω.磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场,其磁感应强度大小为B=0.01T,车头灯电阻R2=10Ω.当车轮转动的角速度ω=8rad/s时,求:

(1)发电机磁极转动的角速度;

(2)车头灯中电流的有效值(结果保留两位有效数字).

正确答案

(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有:

r0ω0=rω

所以:ω0===280rad/s

(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为:

Em=NBSω0=800×0.01×280×20×10-4=4.48V

感应电动势的有效值:E===3.2V

通过电流的有效值:I==0.064A

答:(1)发电机磁极转动的角速度280rad/s.

(2)车头灯中电流的有效值0.064A.

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如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,一个磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P间连接阻值为R=0.3Ω的电阻,长为L=0.40m,电阻为r=0.2Ω的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑,通过传感器记录金属棒ab下滑的距离,其下滑的距离与时间的关系如下表所示,导轨的电阻不计.(g=10m/s2

求:

(1)在前0.4s的时间内,金属棒ab电动势的平均值.

(2)在0.7s时,金属棒ab两端的电压值.

(3)在前0.7s的时间内,电阻R上产生的热量Q.

正确答案

(1)根据法拉第电磁感应定律得:

金属棒ab电动势的平均值===0.6V.

(2)从表格中数据可知,0.3s后棒做匀速运动

速度v==5m/s.

由mg-F=0,F=BIL,

I=,E=BLv.

解得m=0.04 Kg

∴ab棒两端的电压,u=E-Ir=0.6V

(3)棒在下滑过程中,有重力和安培力做功,根据动能定理得:

mgs+W=mv2-0

克服安培力做的功等于回路的焦耳热,

W=-Q

QR=Q

解得 Q=0.348J

答:(1)在前0.4s的时间内,金属棒ab电动势的平均值是0.6V.

(2)在0.7s时,金属棒ab两端的电压值是0.6V.

(3)在前0.7s的时间内,电阻R上产生的热量Q是0.348J.

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