- 电功、电功率
- 共109题
16.如图所示,水平放置的三条光滑平行金属导轨a,b,c,相距均为d=1m,导轨ac间横跨一质量为m=1kg的金属棒MN,棒与导轨始终良好接触.棒的总电阻r=2Ω,导轨的电阻忽略不计.在导轨bc间接一电阻为R=2Ω的灯泡,导轨ac间接一理想电压表.整个装置放在磁感应强度B=2T匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下.现对棒MN施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始运动,已知施加的水平外力功率恒定,经过t=1s时间棒达到稳定时速度3m/s.试求:
(1)金属棒达到稳定时施加水平恒力F为多大?水平外力F的功率为多少?
(2)金属棒达到稳定时电压表的读数为多少?
(3)此过程中灯泡产生的热量是多少?
正确答案
(1)、F=4N P=12w
(2)、U=10v (3)、Q1=5J
解析
解:(1)当时,金属棒速度达到稳定,则
联立得4N
P=FV=12W
(2) 设电压表的读数为U,则有U=BdV+UL
代入数据得 U=10v
(3)设小灯泡和金属棒产生的热量分别为Q1、Q2,根据焦耳定律得知
由功能关系得:
代入数据得 Q1=5J
考查方向
解题思路
见解析
易错点
(2)问不会画等效电路图
(3)问中的功能关系
知识点
4.如图所示,两根间距为cm的无限长光滑金属导轨,电阻不计,其左端连接一阻值为10Ω的定值电阻,两导轨之间存在着磁感应强度为1T的匀强磁场,磁场边界虚线为正弦曲线的一部分,一阻值为10Ω的光滑导体棒,在外力作用下以10
m/s的速度匀速向右运动(接触电阻不计),交流电压表和交流电流表均为理想电表,则( )
正确答案
解析
A.当导体棒切割磁感线时,产生的感应电动势为 E=BLv,由于L按正弦规律变化,这个过程产生正弦式交变电流,故A正确; B.根据电流热效应,设此交流电的电压有效值为U,由,则
,则电压表的示数为
,故B错误; C.电流表的示数为交流电的有效值,所以导体棒运动到图示虚线位置时,电流表示数不为零,故C错误; D. 导体棒上消耗的热功率为
,故D错误;故本题选A
考查方向
解题思路
根据公式E=BLv列式分析电流的特点.交流电压表及交流电流表测量的是有效值,根据正弦式交流电的有效值表达式求出有效值,根据焦耳定律求出导体棒的热功率。
易错点
导体棒切割长度的变化规律,及磁场方向的变化,有效值的求法。
知识点
4.如图所示,某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体的实验”,若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场,磁感应强度为B=0.1T,玻璃皿的横截面的半径为a=0.05m,电源的电动势为E=3V,内阻r=0.1Ω,限流电阻R0=4.9Ω,玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9Ω,闭合开关后当液体旋转时电压表的示数恒为1.5V,则( )
正确答案
解析
A、由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极,沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极,在电源外部电流由正极流向负极,因此电流由边缘流向中心;器皿所在处的磁场竖直向上,由左手定则可知,导电液体受到的磁场力沿逆时针方向,因此液体沿逆时针方向旋转;故A错误;
B、电压表的示数为1.5V,则根据闭合电路的欧姆定律:E=U+IR0+Ir,所以电路中的电流值:I==
=0.3A,
液体所受的安培力大小为:F=BIL=BIa=0.1×0.3×0.05=1.5×10﹣3N.故B错误;
C、液体的等效电阻为R=0.9Ω,10s内液体的热能Q=I2Rt=0.32×0.9×10=0.81J.故C错误;
D、玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9Ω,则液体热功率为P热=I2R=0.32×0.9=0.081W,故D正确.
考查方向
解题思路
在电源外部,电流由正极流向负极;由左手定则可以判断出导电液体受到的安培力方向,从而判断出液体的旋转方向;根据闭合电路的欧姆定律求出电路中的电流值,然后根据安培力的公式计算安培力的大小,根据焦耳定律计算热功率,从而即可求解.
知识点
20.粗细均匀的电阻丝围成如图所示的线框,置于正方形有界匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于线框平面,图中ab=bc=2cd=2de=2ef=2fa=2L。现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度始终与线框最先进入磁场的那条边垂直。在通过如图所示的位置时,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
设线框的电阻为R,
甲图中:ab两点间的电势差等于外电压,其大小为U=E=
B•2Lv=
BLv,电流为I=
=
;乙图中:ab两点间的电势差等于外电压的
,其大小为U=
E=
B•2Lv=
BLv,电流为I=
;丙图中:ab两点间的电势差等于
,电流为I=
;丁图中:ab两点间的电势差等于
,电流为I=
;由上分析可知AB正确。
甲图中的安培力,乙图中的安培力
,所以甲乙相等;丙图中安培力
,丁图
,丙图,丁图相等,但是四幅图不等,C错;由于电流相等,所以电功率也相等,所以D正确。
考查方向
解题思路
根据导体垂直切割磁感线产生的感应电动势公式E=BLv和欧姆定律,分析ab两点间的电势差的大小和感应电流的大小
易错点
掌握导体切割磁感线时产生的感应电动势公式E=BLv,分析电势差与电动势的关系,也可以画出电路的等效电路图,根据等效电路图求解导线的电势降落
知识点
如图所示,匀强磁场Ⅰ、Ⅱ区的宽度都为2L,磁场区Ⅰ和Ⅱ之间的无磁场区宽度为L,磁场Ⅰ、Ⅱ区内的磁感应强度大小均为B,边长为2L、总电阻为R的均匀正方形导线框abcd,以速度v向右匀速运动,求:
16.边刚进入区域Ⅱ时,线框所受安培力的大小
17.框bc边刚进入区域Ⅰ开始计时,到线框bc边刚离开区域Ⅱ停止计时,在这段时间内线框中电流生热的平均功率
正确答案
解析
bc边刚进入区域Ⅱ时,ab边在区域Ⅰ中,则
考查方向
解题思路
根据欧姆定律求出导线中的电流.根据焦耳定律求出线框中电流产生的热量.最后根据平均功率定义求解.
易错点
要能够把法拉第电磁感应定律与电路知识结合运用.平均功率等于这个过程产生的总热量比上总时间
正确答案
解析
bc、ad只有一边在磁场中时,线框受力为
从bc边刚进入区域Ⅰ到bc边刚离开区域Ⅱ,用时
在这段时间内安培力做功大小为
在这段时间内线框中电流生热的平均功率
考查方向
解题思路
根据欧姆定律求出导线中的电流.根据焦耳定律求出线框中电流产生的热量.最后根据平均功率定义求解.
易错点
要能够把法拉第电磁感应定律与电路知识结合运用.平均功率等于这个过程产生的总热量比上总时间
18.在如图所示电路中,闭合电键S,理想电流表和理想电压表的示数分别用I和U表示,当滑动变阻器的滑动触头P向左滑动时,两表的示数都发生变化。电源的电动势和内电阻始终不变,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
滑动变阻器向左滑动时电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可得,干路电流I变小,所以电流示数变小,电阻R1和内阻r上电压也变小,总电动势不变,所以R2电压变大,表压示数的变大,所以A项错误;比值表示R2的电阻,所以
比值变大,故B项正确;R1的电阻不变电流减小,根据
,所以功率一定变小,故C错误;.电源电源的电动势不变,电流减小,根据的总功率
,所以总功率减小,D项正确。所以本题选BD。
考查方向
解题思路
1、滑动变阻器向左滑动时电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可得,干路电流变小,判定电流表示数变化和电阻R1和内阻r上电压的变化,再判定电压表示数的变化。
2、根据电功率分式计算.R1的功率和电源的总功率。
易错点
1、电压表的示数变化应从电阻R1和内阻的电压变化判定。
2、比值表示R2的电阻。
知识点
如图甲所示,宽L=0.5m、倾角θ=30°的金属长导轨上端安装有R=1Ω的电阻。在轨道之间存在垂直于轨道平面的磁场,磁感应强度B按图乙所示规律变化。一根质量m=0.1kg的金属杆垂直轨道放置,距离电阻x=1m。t=0时由静止释放,金属杆最终以υ=0.4m/s速度沿粗糙轨道向下匀速运动。除R外其余电阻均不计,滑动摩擦力等于最大静摩擦力。求:
42.当金属杆匀速运动时电阻R上的电功率为多少?
43.某时刻(t >0.5s)金属杆下滑速度为0.2m/s,此时的加速度多大?
44.金属杆何时开始运动?
正确答案
0.04W;
解析
匀速时磁感应强度应无变化,B=1T
A……2分
W……2分
考查方向
解题思路
匀速运动时,磁感应强度不变,利用公式求解功率;在判断物体的运动情况时,结合牛顿第二定律列式求解。
易错点
结合受力分析安段金属棒的运动情况
正确答案
解析
匀速时
而N
N……2分
速度为0.2m/s时,
N ……1分
由 得
=0.5m/s2……2分
考查方向
解题思路
匀速运动时,磁感应强度不变,利用公式求解功率;在判断物体的运动情况时,结合牛顿第二定律列式求解。
易错点
结合受力分析安段金属棒的运动情况
正确答案
在0.5s后感应电流消失的瞬间才开始下滑
解析
由图b可知:释放瞬间磁场变化率k=1T/s,
感应电流A
安培力N
由于
,所以开始释放时金属杆无法下滑……3分
在0.5s内,安培力不断增加,范围0.125-0.25N,所以在0.5s前金属杆无法运动。
金属杆在0.5s后感应电流消失的瞬间才开始下滑。……2分
考查方向
解题思路
匀速运动时,磁感应强度不变,利用公式求解功率;在判断物体的运动情况时,结合牛顿第二定律列式求解。
易错点
结合受力分析安段金属棒的运动情况
15.如图所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为r,电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同。在电键S处于闭合状态下,若将电键S1由位置1切换到位置2,则( )
正确答案
解析
总电流增大,内电压变大,外电压变小,电压表测的是外电压,所以电压表示数变小.故A错误;设电路中的电阻R1、R2和R3的阻值为R,当电键打在1时,R2两端的电压U2==
E,当电键打在2时R2两端的电压U2′=
E=
E,可知.U2′<U2.故C错误。电池的效率可根据η=
=
得知,外电压U变小,电池的效率变小。故D正确;根据
,带入上面的式子可知,功率的大小无法判断,所以B错。
考查方向
解题思路
将电键S1由位置1切换到位置2,通过外电阻的变化,抓住电动势和内阻不变,分析电流、外电压的变化.电池的效率可根据η=得知。
易错点
关键是抓住电源的电动势和内阻不变,结合闭合电路欧姆定律进行动态分析。
知识点
7. 如图所示,顶角θ=45°的金属导轨MON固定在水平面内,导轨处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中.一根与ON垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿导轨MON向右滑动,导体棒的质量为m,导轨与导体棒单位长度的电阻均为r.导体棒与导轨接触点为a和b,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触.t=0时导体棒位于顶角O处,则流过导体棒的电流强度I、导体棒内产生的焦耳热Q、导体棒做匀速直线运动时水平外力F、导体棒的电功率P各量大小随时间变化的关系正确的是
正确答案
解析
A、0到t时间内,导体棒的位移为:x=v0t
t时刻,导体棒的长度为:l=x
导体棒的电动势为:E=Blv0
回路总电阻为:R=(2x+x)r
电流强度为:,故I的大小保持不变.电流方向b→a 故A正确.
C、导体棒匀速直线运动,水平外力与安培力二平衡,则有:,故C正确.
D、t时刻导体棒的电功率:P=I2R′=•v0tr=
,故D错误.
B、因为:P∝t
所以:Q=Pt=
,Q﹣t图线是开口向上的抛物线,故B错误.
考查方向
解题思路
求出t时刻导体棒的有效长度,结合切割产生的感应电动势和闭合电路欧姆定律求出电流强度与时间的关系式.
导体棒在0~t时间内电流大小恒定,抓住R与时间正比,通过平均功率,根据Q=Pt求出产生的焦耳热Q.
导体棒做匀速直线运动时,水平外力等于安培力,根据平衡条件求出水平拉力的表达式
易错点
综合考查了切割产生的感应电动势、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律等知识点,综合性较强,关键得到感应电流不变
知识点
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