练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    3．如图甲所示，两个边长为l、宽为L的矩形单匝导体线框abcd、a′b′c′d′互相垂直，彼此绝缘，可绕共同的中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到金属滑环C上，末端并在一起接到金属滑环D上，两金属滑环C、D彼此绝缘，并分别通过一个电刷与定值电阻R相连．线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘之间所夹的圆心角为45°，如图乙所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）．不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是与线框平面平行．磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设两线框的总电阻均为r，以相同的角速度ω逆时针匀速转动，通过电刷跟C、D相连的定值电阻R=2r．
    （1）求线框abcd转到图乙位置时感应电动势的大小；
    （2）求转动过程中电阻R上的电压最大值；
    （3）不计一切摩擦，求外力驱动两线框转动一周所做的功．
    （4）从线框abcd进入磁场开始时，作出0～T（T是线框转动周期）时间内通过R的电流iR随时间变化的图象．

    分析 （1）根据感应电动势公式E=BLv和v=rω结合，求解线框aa′转到图乙位置时感应电动势的大小．
    （2）线框转动过程中，只有一个线框进入磁场切线磁感线作为电源，另一个线框与外接电阻R并联后作为外电路，根据欧姆定律求出电阻R上的电压最大值．
    （3）根据能量转化和守恒定律求解外力驱动两线框转动一周所做的功．
    （4）从线框aa′进入磁场开始，每转45°，即$\frac{T}{8}$周期时间，电流发生一次变化，作出电流的图象．

    解答 解：（1）不管转到任何位置，磁感线方向都和速度方向垂直，所以感应电动势的大小：E=2Blv=2Bl$\frac{ωL}{2}$=BlLω
    （2）在线圈的转动过程中，同一时刻只会有一个线框产生电动势，相当于电源，另一线框与电阻并联组成外电路，${R}_{外}^{\;}=\frac{Rr}{R+r}=\frac{2r•r}{2r+r}=\frac{2}{3}r$
    所以R两端的电压最大值：${U_R}=I{R_外}=\frac{E}{{r+\frac{2r}{3}}}•\frac{2}{3}r=\frac{2E}{5}=\frac{2}{5}BlLω$
    （3）每个线框作为电源时，电路中总电流为：
        I=$\frac{E}{{R}_{外}^{\;}+r}$=$\frac{E}{\frac{2r}{3}+r}$=$\frac{3E}{5r}$，
    提供的总功率为：P=EI=$\frac{3{E}_{\;}^{2}}{5r}$=$\frac{3（BlLω）_{\;}^{2}}{5r}$
    根据能量转化和守恒定律得：W外=4P•$\frac{T}{8}$=P•$\frac{T}{2}$=P•$\frac{π}{ω}$=$\frac{3π{B}_{\;}^{2}{l}_{\;}^{2}{L}_{\;}^{2}ω}{5r}$
    （4）aa′和bb′在磁场中，通过R的电流大小相等，有：iR=$\frac{{U}_{R}^{\;}}{R}=\frac{\frac{2BlLω}{5}}{2r}=\frac{BlLω}{5r}$．
    从线框aa′进入磁场开始，每转45°，即$\frac{T}{8}$周期时间，电流发生一次变化，作出电流的图象如图所示．
    答：（1）线框aa′转到图乙位置时感应电动势的大小为BlLω．；
    （2）转动过程中电阻R上的电压最大值$\frac{2}{5}BlLω$；
    （3）外力驱动两线框转动一周所做的功为$\frac{3π{B}_{\;}^{2}{l}_{\;}^{2}{L}_{\;}^{2}ω}{5r}$．
    （4）从线框aa′进入磁场开始，在0～T时间内通过R的电流iR随时间变化的图象如图所示；

    点评 本题首先要认识电路的结构，搞清电源和外电路，其次要能根据能量守恒定律求解外力所做的功．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    13．甲、乙两车沿平直公路同向行驶，当两车并排时同时刹车，刹车后的v-t图象如图所示，求刹车过程中两车之间的最大距离．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    14．一个物体在水平面上做直线运动，物体的位移随时间变化关系满足x=t+2t2，x单位为米，t单位为秒，则（　　）
    A．物体做匀减速运动B．物体的加速度大小是2m/s2
    C．物体在2s末的速度是6m/sD．物体在2s末的位移是10m

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    11．某物体的位移-时间图象如图所示，下列说法中正确的是（　　）
    A．物体先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动
    B．物体运动8s时离出发点最远
    C．物体运动所能达到的最大位移为80m
    D．在t=4s时刻，物体的瞬时速度大小为20m/s

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    18．来自太阳和其他星体的宇宙射线中含有大量高能带电粒子，若这些粒子都直接到达地面，将会给地球上的生命带来危害．但由于地磁场（如图5所示）的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面．若不考虑地磁偏角的影响，关于上述高能带电粒子在地磁场的作用下运动情况的判断，下列说法中正确的是（　　）
    A．地磁场对宇宙射线的作用力与观测点的纬度及宇宙射线的方向无关
    B．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极附近最强，赤道附近最弱
    C．地磁场对垂直射向地球表面不同位置的宇宙射线的阻挡作用不同，在赤道附近的阻挡作用要比两极强一些
    D．地磁场会使沿地球赤道平面射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    8．动量守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一，相互作用的物体组成的系统，在下列哪些条件下总动量一定守恒？
    A．系统只受重力B．系统不受外力
    C．系统所受的合外力为零D．系统所受的合外力不做功

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：解答题

    5．宜宾市某中学阳光体育活动跑操过程如图所示．环形跑道由矩形ABCD和两个半圆BEC、DFA组成．已知AB长L，AD长d．跑操时，学生均匀地排列在环形跑道上以相同的方式整齐地跑动．某人用遥控直升机下悬挂质量为m的摄像机拍摄跑操情况．开始时遥控直升机悬停在C点正上方．
    （1）小王在跑操前正好站在A点，听到起跑命令后从静止开始沿AB方向做匀加速直线运动，到达AB中点时速度达到v，然后匀速率跑动．求小王跑完一圈所用的时间；
    （2）若遥控直升机从C点正上方运动到D点正上方经历的时间为t，直升飞机的运动视作水平方向的匀加速直线运动．在拍摄过程中悬挂摄影机的轻绳与竖直方向的夹角始终为β，假设空气对摄像机的作用力始终水平．试计算这段时间内空气对摄像机作用力的大小．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    2．物体以12m/s的初速度从斜面底端向上滑动，斜面的倾角30°，动摩擦因数为$\frac{\sqrt{3}}{5}$，且斜加足够长．求：物体再次回到斜面底端时的速度v，以及所经历的时间．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    3．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（　　）
    A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大．
    B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应
    C．有10个放射性元素的原子核，经过一个半衰期一定有5个原子核发生衰变
    D．氢原子由第三激发态直接跃迁到基态时，会释放频率一定的光子
    E．质子和中子结合成新原子核释放出能量，一定有质量亏损

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案