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【题目】为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种闪烁装置.如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘幅条构成.后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡.在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的扇形匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π/6 .后轮以角速度 ω=2πrad/s相对于转轴转动.若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应.

(1)当金属条ab进入扇形磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;

(2)当金属条ab进入扇形磁场时,画出闪烁装置的电路图;

(3)从金属条ab进入扇形磁场时开始,经计算画出轮子一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象

(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该闪烁装置能否正常工作?有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价.

【答案】(1)E=4.9×10-2V,方向从 (2) (3) (4)闪烁装置不能正常工作,具体见解析.

【解析】

1)金属条ab在磁场中切割磁感线运动,所构成的回路磁通量变化,设经过时间,磁通量变化率为,由法拉第电磁感应定律得:

①②两式并代入数据得:

根据右手定则(或愣次定律),可知感应电流方向为

2)通过分析,可得电路为

(3)设电路中的总电阻,根据电路可知

Ab两段电势差为

ab离开磁场区域的时刻为,下一条金属条进入磁场区域的时刻为

设轮子转一圈的周期为T,则

T=1s⑨

T=1s内,金属条四次进出磁场,后三次与第一次一样.

由上面4式可画出如下图图像

(4)“闪烁装置不能正常工作.(金属条的电动势远小于小灯泡的额定电压,因此无法正常工作)

B增大,E增大,但有限度

r2增大,E增大,但有限度

ω增大,E增大,但有限度

θ增大,E不变.

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】图甲是洛伦兹力演示仪。图乙是演示仪结构图,玻璃泡内充有稀薄的气体,由电子枪发射电子束,在电子束通过时能够显示电子的径迹。图丙是励磁线圈的原理图,两线圈之间产生近似匀强磁场,线圈中电流越大磁场越强,磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。若电子枪垂直磁场方向发射电子,给励磁线圈通电后,能看到电子束的径迹呈圆形。关于电子束的轨道半径,下列说法正确的是

A.只增大电子枪的加速电压,轨道半径变小

B.只增大电子枪的加速电压,轨道半径变大

C.只增大励磁线圈中的电流,轨道半径变小

D.只增大励磁线圈中的电流,轨道半径不变

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】一匀强磁场的磁场方向垂直纸面,规定向里的方向为正.在磁场中有一细金属线圈,线圈平面位于纸面内,如图甲所示.现令磁感应强度B随时间t变化,先按图乙中所示的Oa图线变化,后来又按图线bccd变化,E1E2E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小,I1I2I3分别表示对应的感应电流,则( )

A.E1>E2I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向

B.E1<E2I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向

C.E1>E2I2沿顺时针方向,I3沿逆时针方向

D.E2>E3I2沿顺时针方向,I3沿顺时针方向

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】做功与路径无关的力场叫做势场,在这类场中可以引入势能的概念,场力做功可以量度势能的变化。例如静电场和引力场。如图所示,真空中静止点电荷+Q产生的电场中,取无穷远处的电势为零,则在距离点电荷+Qr的某点处放置电荷量为+q的检验电荷的电势能为(式中k为静电力常量)。

1AB为同一条电场线上的两点,AB两点与点电荷+Q间的距离分别为r1r2;

①将该检验电荷由A点移至B点,判断电场力做功的正负及电势能的增减;

②求AB两点的电势差UAB

2)类似的,由于引力的作用,行星引力范围内的物体具有引力势能.若取离行星无穷远处为引力势能的零势点,则距离行星球心为r处的物体引力势能,式中G为万有引力常量,M为行星的质量,m为物体的质量。设行星的半径为R,求探测器从行星表面发射能脱离行星引力范围所需的最小发射速度。

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】探究加速度与力、质量的关系实验中:

1)某小组同学用如图所示装置,采用控制变量法来研究在小车质量不变的情况下,小车加速度与小车受力的关系.下列措施中正确的是______

A.平衡摩擦力的方法就是将木板一端垫高,在塑料小桶中添加砂,使小车在绳的拉力作用下能匀速运动

B.实验中应先放小车,然后打开打点计时器的电源

C.在每次实验中,应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量

2)如图所示是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带.取计数点ABCDEFG,纸带上两相邻计数点的时间间隔为T = 0.10 s,用刻度尺测量出各相邻计数点间的距离如图乙所示,则小车运动的加速度大小a =_________m/s2,打纸带上C点时小车的瞬时速度大小vC =__________m/s.(结果保留二位有效数字)

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中。

1)设计如图所示电路图,要求小灯泡两端的电压从零开始变化,且能尽量减小系统误差,开关___(填“M”或“N”)闭合开关S前滑片P置于_______(填“A端”或“B端”)

2)根据所选电路图,请在图中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路_____

3)若实验中电流表出现故障,不能使用。该同学需将一个满偏电流为1mA、内阻为30Ω的表头改装成量程为0-0.6A的电流表,则应将表头与电阻箱_________(填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为__________Ω.(保留一位有效数字)

4)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示. 随着电压增大,温度升高,小灯泡的电阻____________. (填“增大”,“减小”或“不变”)

5)若把这种规格的三个小灯泡按如图所示电路连接. 当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25A,则此时的实际功率之比为__________

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】某同学在进行扩大电流表量程的实验时,需要知道电流表的满偏电流和内阻。他设计了一个用标准电流表G1来校对待测电流表G2的满偏电流和测定G2内阻的电路如图所示。已知G1的量程略大于G2的量程,图中R1为滑动变阻器,R2为电阻箱。该同学顺利完成了这个实验。

实验过程包含以下步骤,其合理的顺序依次为(填步骤的字母代号);

A.合上开关S2

B.分别将R1和R2的阻值调至最大

C.记下R2的最终读数

D.反复调节R1和R2的阻值,使G1的示数仍为I1,使G的指针转到满刻度的一半,此时R的最终读数为r

E.合上开关S1

F.调节R1使G2的指针偏转到满刻度,此时G1的示数为I1,记下此时G1的示数

仅从实验设计原理看,用上述方法得到的G2内阻的测量值与真实值相比(填偏大偏小相等);

若要将G2的量程扩大为I,并结合前述实验过程中测量的结果,写出须在G2上并联的分流电阻RS的表达式,RS

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】如图所示,虚线abc代表电场中的三条电场线,实线为一带负电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,PRQ是这条轨迹上的三点,由此可知

A.带电粒子在P点时的电势能比在Q点时的电势能大

B.带电粒子在P点时的加速度大小小于在Q点时的加速度大小

C.带电粒子在P点时的速度大小大于在Q点时的速度大小

D.带电粒子在R点时的动能与电势能之和比在Q点时的小,比在P点时的大

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】在“测定金属的电阻率”的实验中,所用测量仪器均已校准。

(1)用刻度尺和螺旋测微器分别测量金属丝的长度和直径,某次测量结果如图所示,在此次测量中该金属丝的长度为___________cm,直径为___________mm

(2)已知待测金属丝的电阻值Rx约为。可供选择的器材有:

电源E:电动势3V,内阻约

电流表A1:量程00.6A,内阻约0.125Ω

电流表A2:量程03A,内阻约0.025Ω

电压表V1:量程03V,内阻约3kΩ

电压表V2:量程015V,内阻约15kΩ

滑动变阻器R1:最大阻值,允许最大电流2A

滑动变阻器R2:最大阻值1000Ω,允许最大电流0.6A

开关一个,导线若干。

在上述器材中,应该选用的电流表是______,应该选用的电压表是______。若想尽量多测几组数据,应该选用的滑动变阻器是______(填写仪器的字母代号)。

3)用所选的器材,在答题纸对应的方框中画出电路图__________

4)关于本实验的误差,下列说法正确的是________

A.对金属丝的直径多次测量求平均值,可消除误差

B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差

C.利用电流I随电压U的变化图线求Rx可减小偶然误差

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