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题型:填空题
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填空题 · 5 分

正方形导体框处于匀强磁场中,磁场方向垂直框平面,磁感应强度随时间均匀增加,变化率为k。导体框质量为m、边长为L,总电阻为R,在恒定外力F作用下由静止开始运动。导体框在磁场中的加速度大小为____________;导体框中感应电流做功的功率为____________。

正确答案

F/m;

k2L4/R

解析

加速度,感应电动势=,感应电流,感应电流做功的功率.

知识点

通电直导线在磁场中受到的力电磁感应中的能量转化
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题型:简答题
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简答题 · 16 分

如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨,在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻,质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g=10m/s2)。

(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;

(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;

(3)计算4s内回路产生的焦耳热。

正确答案

见解析。

解析

(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动,有

代入数据解得:,导体棒没有进入磁场区域。

导体棒在1s末已经停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍为

(2)前2s磁通量不变,回路电动势和电流分别为

后2s回路产生的电动势为

回路的总长度为,因此回路的总电阻为

电流为

根据楞次定律,在回路中的电流方向是顺时针方向。

(3)前2s电流为零,后2s有恒定电流,焦耳热为

知识点

牛顿运动定律的综合应用法拉第电磁感应定律电磁感应中的能量转化
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒的质量均为0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好能保持静止。取g=10m/s2,问:

(1)通过cd棒的电流I是多少,方向如何?

(2)棒ab受到的力F多大?

(3)棒cd每产生Q=0.1J的热量,力F做的功W是多少?

正确答案

见解析。

解析

(1)棒cd受到的安培力 

棒cd在共点力作用下平衡,则 

由①②式代入数据解得 I=1A,方向由右手定则可知由d到c。

(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 Fab=Fcd

对棒ab由共点力平衡有 

代入数据解得 F=0.2N④

(3)设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量,由焦耳定律可知 

设ab棒匀速运动的速度大小为v,则产生的感应电动势 E=Blv ⑥

由闭合电路欧姆定律知 

由运动学公式知,在时间t内,棒ab沿导轨的位移 x=vt⑧

力F做的功 W=Fx⑨

综合上述各式,代入数据解得 W=0.4J

知识点

闭合电路的欧姆定律法拉第电磁感应定律电磁感应中的能量转化
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图,宽度为L=0.5m的光滑金属框架MNPQ固定于水平面内,并处在磁感应强度大小B=0.4T,方向竖直向下的匀强磁场中,框架的电阻非均匀分布,将质量m=0.1kg,电阻可忽略的金属棒ab放置在框架上,并与框架接触良好,以P为坐标原点,PQ方向为x轴正方向建立坐标,金属棒从x0=1m处以v0=2m/s的初速度,沿x轴负方向做a=2m/s2的匀减速直线运动,运动中金属棒仅受安培力作用,求:

(1)金属棒ab运动0.5m,框架产生的焦耳热Q;

(2)框架中aNPb部分的电阻R随金属棒ab的位置x变化的函数关系;

(3)为求金属棒ab沿x轴负方向运动0.4s过程中通过ab的电量q,某同学解法为:先算出经过0.4s金属棒的运动距离s,以及0.4s时回路内的电阻R,然后代入q==求解,指出该同学解法的错误之处,并用正确的方法解出结果。

正确答案

(1)金属棒ab运动0.5m,框架产生的焦耳热Q是0.1J;

(2)框架中aNPb部分的电阻R随金属棒ab的位置x变化的函数关系是R=0.4(Ω);

(3)错误之处是把0.4s时回路内的电阻R代入q=进行计算,而框架的电阻是非均匀分布的,0.4s过程中通过ab的电量q是0.4C。

解析

(1)通过受力分析得:

金属棒仅受安培力作用,其大小F=ma=0.2N,

金属棒运动0.5m,因为安培力做功量度外界的能量转化成电能

所以框架中间生的焦耳热等于克服安培力做的功,

所以Q=Fs=0.1J。

(2)金属棒所受安培力为F=BIL,

感应电流I==

F==ma,

由于棒做匀减速运动,根据运动学公式得:v=

所以R==0.4   (Ω),

(3)错误之处是把0.4s时回路内的电阻R代入q=进行计算,而框架的电阻是非均匀分布的,正确解法是:q=It,因为安培力F=BIL=ma,q==0.4C。

知识点

电磁感应中的能量转化
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图17所示,质量为M的导体棒ab,垂直放在相距为l的平行光滑金属轨道上。导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B.方向垂直与导轨平面向上的匀强磁场中,左侧是水平放置.间距为d的平行金属板R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻。

(1)调节Rx=R,释放导体棒,当棒沿导轨匀速下滑时,求通过棒的电流I及棒的速率v。

(2)改变Rx,待棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为m.带电量为+q的微粒水平射入金属板间,若它能匀速通过,求此时的Rx

正确答案

见解析。

解析

(1)当ab匀速运动时 列力平衡方程得:Mgsinθ=BIl①

ab切割产生的电动势为:E=Blv②

由闭合欧姆定律得:

由①②③得:  

(2)再次平衡时有:

Mgsinθ=BIl

由闭合欧姆定律得:        ⑤

对微粒列平衡方程得:Eq=mg            ⑥

U=IRx             ⑦

由④——⑦得:

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动电磁感应中的能量转化
下一知识点 : 自感现象和互感现象
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