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2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 電學(xué)部分 專題07 電磁感應(yīng)單元測(cè)試卷A卷

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1、2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 電學(xué)部分 專題07 電磁感應(yīng)單元測(cè)試卷A卷 一、單選 1.下列現(xiàn)象中,屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是( ) A. 磁鐵吸引鐵釘 B. 電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng) C. 鐵棒在磁場(chǎng)中被磁化 D. 變化的磁場(chǎng)使閉合回路導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流 【答案】D 【解析】A、磁鐵吸引鐵釘是磁場(chǎng)的性質(zhì),故A錯(cuò)誤;B、電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)屬于電流的磁效應(yīng),故B錯(cuò)誤;C、鐵棒在磁場(chǎng)中被磁化是屬于磁場(chǎng)的性質(zhì);故C錯(cuò)誤;D、變化的磁場(chǎng)使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故D正確;故選D。 2.金屬探測(cè)器是用來探測(cè)金屬的儀器,關(guān)于其工作原理,下列說法中正確的是

2、 A. 探測(cè)器內(nèi)的探測(cè)線圈會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng) B. 只有有磁性的金屬物才會(huì)被探測(cè)器探測(cè)到 C. 探測(cè)到金屬物是因?yàn)榻饘傥镏挟a(chǎn)生了渦流 D. 探測(cè)到金屬物是因?yàn)樘綔y(cè)器中產(chǎn)生了渦流 【答案】C 3.如圖所示,閉合矩形線框abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)垂直,讓線框以沿與ab邊垂直的速度v在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng),則關(guān)于線框中感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)判斷正確的是 A. cd中有向上的電流,且c點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)電勢(shì) B. cd中有向上的電流,且d點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)電勢(shì) C. cd中沒有感應(yīng)電流,且d點(diǎn)電勢(shì)不等于c點(diǎn)電勢(shì) D. cd中沒有感應(yīng)電流,且d點(diǎn)電勢(shì)等于c點(diǎn)電勢(shì)

3、 【答案】C 【解析】根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件,即當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化,回路中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。本題中,線框運(yùn)動(dòng)的過程,磁通量不變,故回路中沒有感應(yīng)電流;但根據(jù)右手定則,整個(gè)導(dǎo)體向右切割磁場(chǎng),導(dǎo)體的ad端電勢(shì)高于bc端的電勢(shì),則ABD錯(cuò),C正確;故本題選C 4.如圖所示,閉合線圈正上方附近有一豎直放置的條形磁鐵,磁鐵的N極朝下但未插入線圈內(nèi)部.在磁鐵向上運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離線圈的過程中( ) A. 線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同,磁鐵與線圈相互吸引 B. 線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同,磁鐵與線圈相互排斥 C. 線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反,磁鐵與線

4、圈相互吸引 D. 線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反,磁鐵與線圈相互排斥 【答案】C 5.M和N是繞在一個(gè)環(huán)形鐵芯上的兩個(gè)線圈,繞法和線路如圖所示.現(xiàn)將變阻器R1的滑片從a端逐漸向b端移動(dòng)的過程中,對(duì)通過電阻R2的電流分析正確的是( ) A. R2中有電流,方向由c流向d B. R2中有電流,方向由d流向c C. R2中無電流,原因是R2回路沒有接外電源 D. R2中無電流,原因是N線圈沒有切割磁感線 【答案】A 【解析】根據(jù)右手螺旋定則可知,線圈M左端是S極,右端是N極.現(xiàn)將變阻器R1的滑片從a端逐漸向b端移動(dòng)的過程中,電阻減小,電流增大,磁場(chǎng)增強(qiáng),導(dǎo)致向

5、左穿過線圈N的磁通量增大,則由楞次定律可得:R2中有電流,方向由c流向d.故A正確,BCD錯(cuò)誤;故選A. 6.面積為0.4m2的5匝圓形線圈垂直磁場(chǎng)方向放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2+0.5t(T),則 A. 線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì) B. 線圈中磁通量的變化率為1Wb/s C. 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1V D. t=4s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為8V 【答案】C 【解析】磁場(chǎng)在增強(qiáng),穿過線圈的磁通量增大,根據(jù)楞次定律“增縮減擴(kuò)”,線框有收縮的趨勢(shì),所以A錯(cuò)誤。磁通量的變化率,所以B錯(cuò)誤。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為一恒定值。所以C正確,D錯(cuò)誤。故選C。 7.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩個(gè)導(dǎo)體圓環(huán)a

6、、b,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻增大。兩圓環(huán)半徑之比為2:1,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為Ea和Eb,不考慮兩環(huán)間的相互影響。下列說法正確的是( ) A. ,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向 B. ,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向 C. ,感應(yīng)電流均沿逆時(shí)針方向 D. ,感應(yīng)電流均沿順時(shí)針方向 【答案】B 8.如圖甲所示,在長直載流導(dǎo)線附近有一個(gè)矩形線圈ABCD,線圈與導(dǎo)線始終在同一平面內(nèi).取圖示電流方向?yàn)橹睂?dǎo)線電流的正方向,當(dāng)直導(dǎo)線通入如圖乙所示的電流時(shí),在0-T內(nèi)說法正確的是 A. 在時(shí),穿過線圈ABCD中的磁通量最大 B. 在時(shí),線圈ABCD中

7、產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小 C. 在~T時(shí)間內(nèi),線圈ABCD中感應(yīng)電流方向一直沿順時(shí)針方向 D. 在~T時(shí)間內(nèi),線圈ABCD中感應(yīng)電流方向會(huì)發(fā)生改變 【答案】D 【解析】AB.在時(shí),通過直導(dǎo)線的電流為零,產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,但磁場(chǎng)變化最快;穿過線圈ABCD中的磁通量為零,但磁通量變化最快,感應(yīng)電流最大,故A錯(cuò)誤,B錯(cuò)誤; CD.在~時(shí)間內(nèi),穿過線圈的磁通量向外增大,感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向;在~T時(shí)間內(nèi),穿過線圈的磁通量向外減小,感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向。因此在~T時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電流方向會(huì)發(fā)生改變。故C錯(cuò)誤,D正確。 故選:D 9.在如圖所示的電路中,a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡,L為自感線圈

8、,E為電源,S為開關(guān)。下列說法正確的是 A. 合上開關(guān)S,a、b同時(shí)亮 B. 合上開關(guān)S,a先亮、b后亮 C. 將原來閉合的開關(guān)S斷開,a先熄滅、b后熄滅 D. 將原來閉合的開關(guān)S斷開,b先熄滅、a后熄滅 【答案】B 【解析】由于a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡,當(dāng)開關(guān)接通瞬間,a燈泡立刻發(fā)光,而b燈泡由于線圈的自感現(xiàn)象,導(dǎo)致燈泡漸漸變亮;當(dāng)開關(guān)斷開瞬間,兩燈泡串聯(lián),由線圈產(chǎn)生瞬間電壓提供電流,導(dǎo)致兩燈泡同時(shí)熄滅。故選B。 10.如圖所示,一個(gè)由導(dǎo)體做成的矩形線圈,以恒定速率v運(yùn)動(dòng),從無場(chǎng)區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)(磁場(chǎng)寬度大于bc間距),然后出來,若取逆時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向,那么下

9、圖中正確地表示回路中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像是( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由楞次定律判斷可知,線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,為正值;線圈穿出磁場(chǎng)時(shí),感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,為負(fù)值,電流為:,由于B、L、v、R不變,線圈進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)時(shí),感應(yīng)電流的大小不變;線圈完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),磁通量不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故C正確,ABD錯(cuò)誤。 二、多選 11.如圖所示,A和B都是鋁環(huán),環(huán)A是閉合的,環(huán)B是斷開的,兩環(huán)分別固定在一橫梁的兩端,橫梁可以繞中間的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。下列判斷正確的是( ) A. 用磁鐵

10、的N極靠近A環(huán),A環(huán)會(huì)有順時(shí)針方向的電流產(chǎn)生 B. 用磁鐵的N極靠近A環(huán),A環(huán)會(huì)有逆時(shí)針方向的電流產(chǎn)生 C. 用磁鐵的N極靠近A環(huán),A環(huán)會(huì)遠(yuǎn)離磁鐵 D. 用磁鐵的N極靠近B環(huán),B環(huán)會(huì)遠(yuǎn)離磁鐵 【答案】BC 12.如圖a所示,圓形線圈P靜止在水平桌面上,其正上方固定一螺線管Q,P和Q共軸,Q中通有變化電流i,電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖b所示.P所受的重力為G,桌面對(duì)P的支持力為FN,則( ) A. t1時(shí)刻FN>G,P有收縮的趨勢(shì). B. t2時(shí)刻FN=G,此時(shí)穿過P的磁通量最大. C. t3時(shí)刻FN=G,此時(shí)P中無感應(yīng)電流. D. t4時(shí)刻FN<G,此時(shí)穿

11、過P的磁通量最?。? 【答案】AB 【解析】時(shí)刻螺線管中電流增大,其形成的磁場(chǎng)不斷增強(qiáng),因此線圈P中的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知線圈P將阻礙其磁通量的增大,故線圈有遠(yuǎn)離和面積收縮的趨勢(shì),,故A正確;時(shí)刻與時(shí)刻,當(dāng)螺線管中電流不變時(shí),其形成磁場(chǎng)不變,線圈P中的磁通量不變,因此磁鐵線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生,故時(shí)刻和時(shí)刻,此時(shí)穿過P的磁通量最大,故B正確,D錯(cuò)誤;時(shí)刻螺線管中電流為零,但是線圈P中磁通量是變化的,因此此時(shí)線圈中有感應(yīng)電流。時(shí)刻螺線管中電流為零,因此兩個(gè)線圈之間沒有安培力,,故C錯(cuò)誤。故選AB。 13.如圖甲所示,是匝數(shù)為100匝、邊長為、總電阻為的正方形閉合導(dǎo)線圈,放在與線圈平面垂

12、直的圖示勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示,則以下說法正確的是( ) A. 導(dǎo)線圈中產(chǎn)生的是交變電流 B. 在時(shí)導(dǎo)線圖產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 C. 在內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為 D. 在時(shí),導(dǎo)線圈內(nèi)電流的瞬時(shí)功率為 【答案】AC 【解析】根據(jù)楞次定律可知,在0~2s內(nèi)的感應(yīng)電流方向與2s~3s內(nèi)的感應(yīng)電流方向相反,即為交流電,故A正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,2.5s時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于2s到3s內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),則有:,故B錯(cuò)誤;在0~2s時(shí)間內(nèi),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:,再根據(jù)歐姆定律,有:,在t=1s時(shí),線框內(nèi)電流為10A,那么導(dǎo)線框內(nèi)電流的瞬時(shí)功率為:,根據(jù)q=It

13、解得:q=10×2C=20C,故C正確,D錯(cuò)誤。故選AC。 14.如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,質(zhì)量m=1kg的金屬桿PQ在水平向右的外力F作用下沿著粗糙U形導(dǎo)軌以速度v=2 m/s 向右勻速滑動(dòng),U形導(dǎo)軌固定在水平面上,兩導(dǎo)軌間距離1=1.0m,金屬桿PQ與U形導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3, 電阻R=3.0 Ω,金屬桿的電阻r=1.0 Ω,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),取重力加速度g=10 m/s2,則下列說法正確的是 A. 通過R的感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒬到a B. 金屬桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為2.0 V C. 金屬桿PQ受到的外力F的大小為2.5N

14、D. 外力F做功的數(shù)值大于電路上產(chǎn)生的焦耳熱 【答案】BD 【解析】A、PQ棒切割磁感線產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),由右手定則可知電流方向?yàn)镼Pad,故A錯(cuò)誤。B、導(dǎo)體PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為:E=BLv=1×1×2V=2V,故B正確。C、根據(jù)歐姆定律可得,由力的平衡可知,故C錯(cuò)誤。D、由動(dòng)能定理可得,故,故D正確。故選BD。 15.如圖所示是法拉第制作的世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的模型原理圖.把一個(gè)半徑為r的銅盤放在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,使磁感線水平向右垂直穿過銅盤,銅盤安裝在水平的銅軸上,兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣接觸,G為靈敏電流表.現(xiàn)使銅盤按照?qǐng)D示方向以角速度ω勻

15、速轉(zhuǎn)動(dòng),則下列說法中正確的是( ) A. C點(diǎn)電勢(shì)一定高于D點(diǎn)電勢(shì) B. 圓盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為Bωr2 C. 電流表中的電流方向?yàn)橛蒩到b D. 若銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng),使所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,在銅盤中可以產(chǎn)生渦旋電流 【答案】BD 【解析】將銅盤看做無數(shù)條由中心指向邊緣的銅棒組合而成,當(dāng)銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每根金屬棒都在切割磁感線,相當(dāng)于電源,由右手定則可知,盤邊緣為電源正極,中心為負(fù)極,C點(diǎn)電勢(shì)低于D點(diǎn)電勢(shì),故A錯(cuò)誤;回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故B正確;此電源對(duì)外電路供電,電流方向由b經(jīng)電流計(jì)再從a流向銅盤,故C錯(cuò)誤;若銅盤不轉(zhuǎn)動(dòng),使所加磁場(chǎng)強(qiáng)

16、度均勻增大,在銅盤中產(chǎn)生感生電場(chǎng),使銅盤中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng),形成渦旋電流,故D正確。故選BD。 16.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L,兩導(dǎo)軌間連有一電阻R,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,在兩虛線間的導(dǎo)軌上涂有薄絕緣涂層.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從h高度處由靜止釋放,在剛要滑到涂層處時(shí)恰好勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且僅與涂層間有摩擦,動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tanθ,其他部分的電阻不計(jì),重力加速度為g,下列說法正確的是( ) A. 導(dǎo)體棒到達(dá)涂層前做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) B. 在涂層區(qū)導(dǎo)體棒做減速運(yùn)動(dòng)

17、C. 導(dǎo)體棒到達(dá)底端的速度為 D. 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為 【答案】AC 【解析】A、導(dǎo)體棒到達(dá)涂層前速度越來越大,由E=BLv得,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越來越大,根據(jù)和F=BIL得,所受的安培力越來越大,由F=mgsinθ-BIL=ma得,加速度越來越小,故A正確;B、當(dāng)導(dǎo)體到達(dá)涂層時(shí),所受力平衡,但是到達(dá)涂層后,安培力消失,受力分析得導(dǎo)體受力平衡,故導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;C、根據(jù)受力平衡條件得:BIL=mgsinθ,得:,所以,故C正確;D、由能量守恒產(chǎn)生的焦耳熱,故D錯(cuò)誤;故選AC. 三、解答 17.如圖1所示,一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)匝,線圈面積,線圈的電阻,線圈外接一個(gè)阻值的電阻,把

18、線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖2所示求 在內(nèi)穿過線圈的磁通量變化量; 前4s內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì); 內(nèi)通過電阻R的電荷量q. 【答案】(1)4×10-3Wb (2)1V (3)0.8C 【解析】(1)根據(jù)磁通量定義式,那么在0~4s內(nèi)穿過線圈的磁通量變化量為: (2)由圖象可知前4 s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率為: 4 s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: (3)電路中的平均感應(yīng)電流為:,又,且 所以 18.如圖所示,間距為2l的兩條水平虛線之間有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、邊長為l、電阻為R的單匝正方形閉合導(dǎo)

19、體線框abcd,從磁場(chǎng)上方某一高度處自由下落,ab邊恰好垂直于磁場(chǎng)方向勻速進(jìn)入磁場(chǎng),線框cd邊剛離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度與ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度相等。重力加速度為g,不考慮空氣阻力。求: (1)線框開始下落時(shí),ab邊到磁場(chǎng)上邊界的高度h; (2)線框穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。 【答案】(1)h= (2)Q=3mgl 【解析】(1) 在線框以v進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,即:F安=mg 又 F安=BIL E=BLv 又據(jù)機(jī)械能守恒定律得: 由以上各式解得:; (2) 因?yàn)榫€框ab邊剛離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度與cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度相等,

20、動(dòng)能不變,則線框的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 所以線框中所產(chǎn)生的焦耳熱為Q=mg?3l=3mgl。 19.一種測(cè)量物體質(zhì)量的裝置,其結(jié)構(gòu)如圖甲、乙所示,磁極間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng).邊長L=0.1m、匝數(shù) n=100匝的正方形線圈abcd套于中心磁極并固定在托盤骨架上,總質(zhì)量m0=1kg. 線圈左右兩邊處于磁場(chǎng)中,與一數(shù)字式電量表(圖上未畫出)連接成一個(gè)回路,回路總電阻為R=10Ω.托盤下方和磁極之間固定一勁度系數(shù)為k=10N/cm的輕彈簧.在某次測(cè)量中,一物體從輕放到托盤上到最終靜止的過程中流過電量表的凈電量為q=0.02C,不計(jì)摩擦和空氣阻力 ,g取10m/s2.

21、 (1)當(dāng)托盤向下運(yùn)動(dòng)的速度為v=0.1m/s時(shí),求此時(shí)線圈中感應(yīng)電流的大小和方向; (2)求該物體的質(zhì)量; (3)測(cè)量中彈簧增加的彈性勢(shì)能為ΔEP=0.2J,求回路產(chǎn)生的焦耳熱Q. 【答案】(1) 0.1A ,沿順時(shí)針方向 (2) (3) 20.如圖所示,間距為L,的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在傾角為θ的絕緣斜面上,導(dǎo)軌上端接有阻值為R的電阻,一根長為L、電阻為3R的直導(dǎo)體棒ab垂直放在兩導(dǎo)軌上。整個(gè)裝置處于方向垂直斜面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。ab由靜止釋放后沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),下滑位移大小為s時(shí)到達(dá)cd位置并開始以最大速度vm做勻

22、速運(yùn)動(dòng)。ab在運(yùn)動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻及一切摩擦均不計(jì),重力加速度大小為g。求: (1)ab棒的質(zhì)量m和ab在勻速運(yùn)動(dòng)過程中的熱功率P; (2)從ab棒由靜止釋放到開始勻速運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中電阻R產(chǎn)生的熱量Q; (3)從ab棒由靜止釋放到開始勻速運(yùn)動(dòng)整個(gè)過程所經(jīng)歷的時(shí)間t。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】(1)ab在勻速運(yùn)動(dòng)過程中受力平衡,有 ab切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)閉合電路歐姆定律,有 得ab的質(zhì)量 ab在勻速運(yùn)動(dòng)過程中的熱功率 得ab在勻速運(yùn)動(dòng)過程中的熱功率 (2)根據(jù)能量守恒定律,有 根據(jù)焦耳定律,有 得電陽R產(chǎn)生的熱量

23、 (3)ab從靜止釋放開始,根據(jù)牛頓第二定律,有 在很短的時(shí)間內(nèi),瞬時(shí)加速度 電荷量 得 將以上各式求和得 即 即 而通過回路的總電荷量 , 得 從ab由靜止釋放到開始勻速運(yùn)動(dòng)的過程所經(jīng)歷的總時(shí)間 21.如圖所示,半徑為L1=2 m的金屬圓環(huán)內(nèi)上、下兩部分各有垂直圓環(huán)平面的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B1=T.長度為L1=2 m、電阻為R的金屬桿ab,一端處于圓環(huán)中心,另一端恰好搭接在金屬環(huán)上,繞著a端做逆時(shí)針方向的勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω=rad/s.通過導(dǎo)線將金屬桿的a端和金屬環(huán)連接到圖示的電路中(連接a端的導(dǎo)線與圓環(huán)不接觸,圖中的定值電阻R1=R,滑片P位于R2

24、的正中央,R2= 4R),圖中的平行板長度為L2=2 m,寬度為d=2 m.當(dāng)金屬桿運(yùn)動(dòng)到圖示位置時(shí),在平行板左邊緣中央處剛好有一帶電粒子以初速度v0=0.5 m/s向右運(yùn)動(dòng),并恰好能從平行板的右邊緣飛出,之后進(jìn)入到有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=2 T,左邊界為圖中的虛線位置,右側(cè)及上下范圍均足夠大.(忽略金屬桿與圓環(huán)的接觸電阻、圓環(huán)電阻及導(dǎo)線電阻,忽略電容器的充放電時(shí)間,忽略帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁輻射等影響,不計(jì)平行金屬板兩端的邊緣效應(yīng)及帶電粒子的重力和空氣阻力.提示:導(dǎo)體棒以某一端點(diǎn)為圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=0.5BL2ω)試分析下列問題: (1

25、)從圖示位置開始金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)半周期的時(shí)間內(nèi),兩極板間的電勢(shì)差UMN; (2)帶電粒子飛出電場(chǎng)時(shí)的速度方向與初速度方向的夾角θ; (3)帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t總. 【答案】(1)-1V (2)45° (3)17.42s 【解析】(1) 由旋轉(zhuǎn)切割公式得: 由電路的連接特點(diǎn)知 E=I?4R 由右手定則知 時(shí)間內(nèi) 金屬桿ab中的電流方向?yàn)閎→a,則φa>φb; 則,在時(shí)間內(nèi)φM<φN UMN=-Uo=-1 V; (2) 粒子在平行板電容器內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng),在時(shí)間內(nèi) 水平方向 : L2=vo?t1 豎直方向: 加速度:(其中) 速度: 則 ,所以 θ=450 ; 由幾何關(guān)系及粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知:粒子恰好在磁場(chǎng)中做了圓周運(yùn)動(dòng),并且粒子剛好能從平行板電容器的另一極板重新飛回到電場(chǎng)中.則磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 由于 t1+t2=4+3π≈13.42 s 大于且小于T1 則此時(shí)飛回電場(chǎng)時(shí),電場(chǎng)方向與開始時(shí)相反,并且此時(shí)的速度與飛出電場(chǎng)時(shí)的速度等大、與水平方向的夾角大小相同,方向?yàn)閮A斜左上450,則運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性,則 t3=t1=4 s 綜上 帶電粒子在電磁場(chǎng)中總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t總=t1+t2+t3=8+3π≈17.42 s。

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