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【题目】电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置,在不同的电源中,非静电力做功的本领也不相同,物理学中用电动势来表明电源的这种特性。

1)电动势在数值上等于非静电力把的电荷在电源内从负极移送到正极所做的功,如图甲所示,如果移送电荷时非静电力所做的功为,写出电动势的表达式;

2)如图乙所示,固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为,金属框两平行导轨间距为。金属棒在外力的作用下,沿框架以速度向右做匀速直线运动,运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量为

a.在金属棒产生电势的过程中,请说明是什么力充当非静电力,求出这个非静电力产生的电动势的表达式;

b.展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型;在此基础上,求出导线中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力的表达式;

3)现代科学研究中常要用到高速电子,电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图丙所示,上、下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化,产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图,下图为真空室的俯视图,如果从上向下看,电子沿逆时针方向运动。已知电子的电荷量为e,电子做圆周运动的轨道半径为r,因电流变化而产生的磁感应强度随时间的变化率为k为一定值)。求电子在圆形轨道中加速一周的过程中,感生电场对电子所做功及电子所受非静电力的大小。

【答案】(1) (2)a.外力充当非静电力, b. (3)

【解析】

(1)根据电动势的定义可知:

(2)a.在金属棒产生电势的过程中外力充当非静电力;由题意可知金属棒在外力和安培力的作用下做匀速直线运动,则:

所以根据电动势的定义有:

b.从微观角度看,导线中的自由电子与金属离子发生了碰撞,可以看做是安全弹性碰撞,碰后自由电子损失动能,损失的动能转化为焦耳热。从整体上看,可以视为金属离子对自由电子整体运动的平均阻力导致自由电子动能的的损失。

设导线MN的横截面积为S,单位体积内的自由电子数为n,自由电子沿导线长度方向运动的平均速度为ve,则导线MN内的自由电子总数为:

导线中的电流为:

在极短时间t内,导线内所有自由电子克服金属离子做功导致自由电子的动能损失为:

从宏观角度看,力F对导线做功,而导线的速度不变,即导线的动能不变,所以力F的功完全转化为焦耳热。t时间内,力F做功:

又因为:

即:

当导线MN做匀速运动时外力等于安培力,即:

联立以上各式可解得:

(3)据法拉第电磁感应定律可知产生的感应电动势为:

加速一周感生电场对电子所做的功:

设非静电力为F,电子运动一周,非静电力做功为:

根据电动势的定义:

联立解得:

答:(1) 电动势的表达式(2)a.在金属棒产生电势的过程中,外力充当非静电力;这个非静电力产生的电动势

b. 导线中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力

(3)电子在圆形轨道中加速一周的过程中,感生电场对电子所做功,电子所受非静电力

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】在练习使用多用表的实验中

1)某同学连接的电路如图所示.

若旋转选择开关,使其尖端对准直流电流档,此时测得的是通过____________的电流;

若断开电路中的电键,旋转选择开关使其尖端对准欧姆档,此时测得的是____________的阻值;

若旋转选择开关,使其尖端对准直流电压档,闭合电键,并将滑动变阻器的滑片移至最左端,此时测得的是____________两端的电压.

2)在使用多用表的欧姆档测量电阻时,若( )

A.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大

B.测量时发现指针偏离中央刻度过大,则必需减小倍率,重新调零后再进行测量

C.选择“×10”倍率测量时发现指针位于2030正中间,则测量值小于25Ω

D.欧姆表内的电池使用时间太长,虽能完成调零,但测量值将略偏大

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程,他按如图甲所示连接电路。先使开关1,电容器很快充电完毕。然后将开关掷向2,电容器通过放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的曲线如图乙所示。紧接着他进一步研究滑动变阻器的阻值对放电过程的影响,下列判断正确的是

A.将滑片向右移动一段距离,重复以上操作,所得曲线与坐标轴所围面积将增大

B.将滑片向左移动一段距离,重复以上操作,所得曲线与坐标轴所围面积将减小

C.将滑片向右移动一段距离,重复以上操作,所得曲线与横轴交点的位置将向右移动

D.将滑片向左移动一段距离,重复以上操作,所得曲线与纵轴交点的位置将向下移动

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】有一个教学用的可拆变压器,如图所示,它有两个外观基本相同的线圈AB,线圈外部还可以绕线.

1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了AB线圈的电阻值,发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍,则可推断___线圈的匝数多(选填AB);

2)如果把它看作理想变压器,现要测量AB线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源(输出电压的有效值不变).

现采用如下方法进行测量:

①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连,顺着原来的绕制方向在变压器的铁心上再绕制n匝线圈;

②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接;

③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0B线圈的输出电压U

请在上述基础上,补充一个实验步骤,完成AB线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示,并说明其含义),再写出测量AB线圈的匝数的表达式.

___________________

nA= _________nB= __________

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【题目】如图所示,空间有磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场,两平行光滑金属导轨水平放置,其电阻不计、间距为L,左端接有阻值为R的定值电阻。一质量为m、电阻也为R的导体棒与两导轨接触良好,在水平力F作用下在O位置两侧MN间做往复运动.t0时刻起导体棒从M位置开始向右运动,其速度变化规律为vvmsinωt,在O位置速度最大。

(1)写出定值电阻中的电流i随时间t变化的表达式;

(2)导体棒从M位置开始运动到O位置的过程中,经过的时间t,求此过程中定值电阻上产生的焦耳热Q及水平力F做的功W

(3)单匝线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生电流的变化规律与题中导体棒运动产生电流的变化规律类似.试求导体棒从M位置运动到O位置的过程中,通过定值电阻的电荷量q

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【题目】氧气分子在0 ℃100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示.下列说法正确的是________

A.图中两条曲线下面积相等

B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形

D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E.0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

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【题目】如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是(

A.在过程ab中气体的内能增加

B.在过程ca中外界对气体做功

C.在过程ab中气体对外界做功

D.在过程bc中气体从外界吸收热量

E.在过程ca中气体从外界吸收热量

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【题目】如图乙所示,理想变压器原线圈ab间接入如图甲所示的交变电流,变压器原副线圈匝数比为22:10,副线圈中接有滑动变阻器以及光敏电阻R,其阻值随光照的增强而减小,其余电阻不计,则(

A. 原线圈中接入交变电流瞬时值表达式为

B. 滑动变阻器滑片向右滑动时,副线圈电流减小

C. 在光敏电阻处增强光照,原线圈输入功率变大

D. 若将光敏电阻换做二极管,则副线圈两端电压为50V

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【题目】如图所示,在竖直向下的匀强电场中有一绝缘的光滑轨道,一个带负电的小球从斜轨上的A点由静止释放,沿轨道滑下,已知小球的质量为m,电荷量为-q,匀强电场的场强大小为E,斜轨道的倾角为α,圆轨道半径为R,小球的重力大于所受的电场力。

(1)求小球沿轨道滑下的加速度的大小;

(2)若使小球通过圆轨道顶端的B点,求A点距水平地面的高度h1至少为多大;

(3)若小球从斜轨道h2=5R处由静止释放。假设其能通过B点。求在此过程中小球机械能的改变量。

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