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题型:简答题
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简答题

如图所示,在水平面上有两条光滑的长直平行金属导轨MNPQ,导轨间距离为L,导轨的电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面。质量分别为的两根金属杆ab跨搁在导轨上,接入电路的电阻均为R。轻质弹簧的左端与b杆连接,右端被固定。开始时a杆以初速度向静止的b杆运动,当a杆向右的速度为v时,b杆向右的速度达到最大值,此过程中a杆产生的焦耳热为Q,两杆始终垂直于导轨并与导轨良好接触。求当b杆达到最大速度

(1)b杆受到弹簧的弹力。

(2)弹簧具有的弹性势能。

正确答案

(1)

(2)

(1)设某时刻ab杆速度分别为v,经过很短的时间a杆移动距离为b杆移动距离为,回路面积改变量

由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势

[或直接写为]

回路中的电流

b杆受到的安培力

b杆的速度达到最大值时,b杆的加速度为0,设此时b杆受到的弹簧弹力为,由牛顿第二定律得

联立以上各式解得

(2)以ab杆和弹簧为研究对象,设弹簧弹性势能为,由能量转化与守恒定律

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题型:简答题
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简答题

(1)除R以外,其余部分的电阻均不计,求R的阻值;

(2)当棒的位移为100 m时,其速度已经达到10 m/s,求此过程中电阻上产生的热量。

正确答案

(1)

(2)Q=20J。

(1)由图象可知,导体棒刚运动时加速度

设它受到的摩擦力为f,由牛顿运动定律得

解得f="0.2" N

导体棒匀速运动时,由力的平衡得

解得

(2)根据能量守恒得

解得Q=20J。

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题型:简答题
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简答题

绕垂直于磁感线的转轴匀速转动,线圈的电阻为R.求:

(1)线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量。

(2)线圈从中性面开始转过90°角的过程中,通过导线截面的电量

正确答案

(1) (2)

(1)线圈中产生的热量应用转动过程中产生的交变电流的有效值来计算.因线圈中感应电动势的峰值为,故线圈中电流的有效值为

线圈转过90°角经历的时间为

所以此过程中产生的热量

(3)线圈转过90°角的过程中,感应电动势和感应电流的平均值分别为

所以通过导体截面的电量为

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直向上的匀强磁场中,有一上、下两层均与水平面平行的“U”型光滑金属导轨,在导轨面上各放一根完全相同的质量为的匀质金属杆,开始时两根金属杆位于同一竖起面内且杆与轨道垂直。设两导轨面相距为H,导轨宽为L,导轨足够长且电阻不计,金属杆单位长度的电阻为r。现有一质量为的不带电小球以水平向右的速度撞击杆的中点,撞击后小球反弹落到下层面上的C点。C点与杆初始位置相距为S。求:

(1)回路内感应电流的最大值;

(2)整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量;

(3)当杆与杆的速度比为时,受到的安培力大小。

正确答案

1)

(2)

(3)

1)对小球和杆A1组成的系统,由动量守恒定律,得:

                   ①

      又 svt 

       H=                ②

     由①②③式联立:

                   ④  

回路内感应电动势的最大值 EBLv1     ⑤

回路内感应电流的最大值  I      ⑥

联立④⑤⑥式得:

回路内感应电流的最大值:I

(2)对两棒组成的系统,由动量守恒定律,得:

由能量守恒定律可得整个运动过程中感应电流最多产生热量:

 Q

(3)由能量守恒定律,得:

又          =1∶3

      

       

    A2受到的安培力大小 

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题型:填空题
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填空题

如图所示,在置于匀强磁场的平行导轨上,横跨在两导轨间的导体杆PQ以速度υ向右匀速运动.已知磁场的磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面(即纸面)向外,导轨间距为L,导体杆PQ的电阻为r.导轨左端连接一电阻R,导轨的电阻忽略不计,则通过电阻R的电流方向为______________,导体杆PQ两端的电压U=_____________.

正确答案

c至a,BLVR/(R+r)

试题分析:根据右手定则可得,PQ中电流方向为从P到Q,所以通过电阻R的电流为从c到a,PQ相当于一个电源,根据闭合回路欧姆定律可得:

点评:在研究导体切割磁感线运动时,导体相当于一个电源,根据右手定则可得判断电流方向

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题型:简答题
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简答题

一个50匝的螺线管在t1=1s时的磁通量为0.3Wb,到t2=3s时的磁通量均匀变为0.6Wb。求,此螺线管内磁通量的变化率和感应电动势?

正确答案

0.15;7.5v

磁通量的变化率;感应电动势

本题考查的是法拉第感应电动势的应用,

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题型:简答题
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简答题

如图所示,Ⅰ、Ⅲ为两匀强磁场区域,Ⅰ区域的磁场方向垂直纸面向里,Ⅲ区域的磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B,两区域中间为宽为s的无磁场区域Ⅱ,有一边长为L(L>s)、电阻为R的正方形金属框abcd置于Ⅰ区域,ab边与磁场边界平行,现拉着金属框以速度v向右匀速移动。

 

(1)分别求出ab边刚进入中央无磁场区域Ⅱ和刚进入磁场区域Ⅲ时,通过ab边的电流大小和方向。

(2)把金属框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中拉力所做的功。

正确答案

⑴adcba方向的感应电流,

adcba方向的感应电流,

(1)金属框以速度v向右做匀速直线运动时,当ab边刚进入中央无磁场区域时,由于穿过金属框的磁通量减小(相当于只有导体cd部分切割磁感线),因而在金属框中产生感应电动势,形成adcba方向的感应电流,其大小为

  当ab边刚进入磁场区域Ⅲ时,由于ab,dc两边都切割磁感线而产生感应电动势,其大小为,方向相反,故两电动势所对应的等效电源在回路中组成串联形式,因此,在线框中形成了adcba方向的感应电流,其大小为:

  (2)金属线框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中,拉力所做的功可等效为三个部分组成:线框跨Ⅰ、Ⅱ区域时的功W1 和线框跨Ⅱ、Ⅲ区域时的功W2 ,且W1=W2;线框同时跨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域时的功W3 ,且此过程中金属框在外力作用下匀速移动的距离为(L-s)。因金属框匀速运动,外力等于安培力,所以

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题型:简答题
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简答题

正方形闭合金属线框,边长为a,质量为m,电阻为R,在竖直平面内以水平初速度在垂直于框面的水平磁场中,运动一段时间后速度恒定为v,运动过程中总有两条边处在竖直方向,即线框不转动,如图所示。已知磁场的磁感应强度在竖直方 向按规律逐渐增大,k为常数。试求水平初速度的大小。

正确答案

线框在运动过程中,两竖直边产生的感应电动势互相抵,两水平边竖直分速度产生感应电动势。设线框的竖直分速度为,感应电动势为

感应电流为

两条竖直边所受安培力互相抵消,当速度达到恒定时,有,得

根据速度合成的平行四边形定则有

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题型:简答题
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简答题

如图a所示,光滑且足够长的平行金属导轨MNPQ固定在同一水平面上,两导轨距L=" 0.2m" ,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B= 0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图b所示 

(1)试分析说明金属杆的运动情况;

(2)求第2s末外力F的瞬时功率。

正确答案

(1)金属杆应水平向右做匀加速直线运动

(2)外力F的功率

(1)金属杆速度为v时,电压表的示数为

 ,由图象可知V/s,

故金属杆的加速度应恒定,即金属杆应水平向右做匀加速直线运动

(2)由(1)可得 

由第2秒末杆的速度,此时杆受到的安培力 

由牛顿第二定律得 则

故外力F的功率

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题型:简答题
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简答题

如图所示,MN、PQ为同一水平面内的两光滑导轨,相距1.2m,导轨两端分别接有电阻R1=3Ω,R2=6Ω。另有导体棒CD,长也为L=1.2m,电阻为1Ω,垂直导轨放置导轨上。整个装置处于垂直轨道平面的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B=0.5T。现用一水平向右的拉力F拉导体棒,使棒以v=5m/s的速度向右匀速运动。不计导轨电阻。求:

(1)棒CD两端的电压UCD

(2)拉力F的大小。

正确答案

(1)2v (2) F=F=0.6N

(1)CD切割磁感线时,产生的感应电动势大小为

E="BLv=3v                        " (2分)

R1、R2并联电阻为:R= R1R2/( R1+R2)=2Ω     (1分)

CD两端的电压,即R1、R2两端的电压,其大小为

U=RE/(R+ r)="2v                  " (2分)

(2)CD中的电流强度为

I=E/(R+r)="1A                     " (1分)

CD受的安培力为

F ="BIL" =0.6N                 (2分)

CD匀速运动,由平衡条件,拉力大小为

F=F="0.6N                    " (2分)

下一知识点 : 互感和自感
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