【题目】（20分）
发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。
（1）求在Δt时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
（2）从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a．请在图3（图1的导体棒ab）、图4（图2的导体棒ab）中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功。那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明。
【答案】⑴E1＝
，E2＝ILBvΔt；⑵a．
；b．略，见解析。
【解析】⑴图1中由于导体棒ab运动切割磁感线，回路中产生感应电流I1＝
由于电流做功，导体棒与电阻发热产生焦耳热，由焦耳定律、闭合电路欧姆定律和能量守恒定律可知，图1“发电机”产生的电能为：E1＝
在图2中，对重物和导体棒分别应用平衡条件有：T＝mg，T＝ILB
提升重物做功为：W＝mgvΔt
根据功能关系可知，图2“电动机”输出的机械能为：E2＝W
解得：E2＝ILBvΔt
⑵a．根据右手定则可知，图1中电流方向为b→a
根据左手定则可以判断出图1棒中自由电荷所受洛伦兹力f洛方向水平向左
由图2电路结构可知，棒中电流方向为a→b，导体棒中自由电荷为自由电子，因此沿棒移动速率v1的方向为b→a，同时由于棒水平向右匀速运动速率为v，其合速度v合方向应水平向右偏向棒a端
根据左手定则可以判断图2棒中自由电荷所受洛伦兹力f洛′方向水平向右偏向棒b端，与v合垂直
两情况下棒中自由电荷所受洛伦兹力的示意图如下图所示
b．设自由电荷量为q沿导体棒定向移动的速率为u。
如上右图所示，沿棒方向的洛伦兹力
，做负功
垂直棒方向的洛伦兹力
，做正功
所示
，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零。
做负功，阻碍自由电荷的定向移动，宏观上表现为“反电动势”，消耗电源的电能；
做正功，宏观上表现为安培力做正功，使机械能增加。大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递能量的作用。
点睛新教材全能解读系列答案
小学教材完全解读系列答案科目：高中物理 来源： 题型：
【题目】沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波形如图所示，两质点M、N的横坐标分别为x1=1.5m和x2=2.5m，t=0时刻质点M的运动方向沿y轴的负方向。若从t=0时刻开始，经0.25 s质点N第一次到达平衡位置，则______
A．该列波沿x轴负方向传播
B．该列波的周期为1s
C．该列波的波速为2 m／s
D．1 s末，质点M的运动方向沿y轴的负方向
E．0～l s内，质点N的路程等于8cm
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【题目】如图甲所示，ABC为水平轨道，与固定在竖直平面内的半圆形光滑轨道CD平滑连接，CD为竖直直径，轨道半径为R=0.2m。有一轻弹簧，左端固定在A点，弹簧处于自然状态时其右端恰好位于B点， B点左侧轨道AB光滑，右侧轨道BC动摩擦因数μ=0.1，BC长为L=1.0m；用质量为m＝0.2kg的小物块缓慢压缩弹簧（不拴接），使弹簧储存一定弹性势能EP后释放，物块经过B点继续运动从C点进入圆轨道，并通过D点；用力传感器测出小物块经过D点时对轨道压力F；改变弹簧压缩量，探究轨道D点受到压力F与弹簧弹性势能EP的关系。弹簧形变都在弹性限度之内，重力加速度g取10m/s2，求：
(1)小物块释放后运动到C点，此过程小物块克服摩擦力做功;
(2)压力F随弹簧的弹性势能EP变化的函数表达式;
(3)在图乙中画出F随弹性势能EP变化的图线.
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科目：高中物理 来源： 题型：
【题目】关于超重和失重,下列说法中正确的是（ )
A. 超重就是物体受的重力增加了
B. 失重就是物体受的重力减少了
C. 完全失重就是物体一点重力都不受了
D. 不论超重或失重甚至完全失重,物体所受重力是不变的
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科目：高中物理 来源： 题型：
【题目】如图所示,电阻为R的金属棒从图示位置ab分别以v1、v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到a’b’位置,若v1︰v2=1︰2,则在这两次过程中( )
A. 回路电流I1︰I2=1︰2
B. 产生的热量Q1︰Q2=1︰2
C. 通过任一截面的电量q1︰q2=1︰2
D. 外力的功率P1︰P2=1︰2
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科目：高中物理 来源： 题型：
【题目】某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻质弹簧的一端N相接，穿在光滑的金属杆上．弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数k＝1 300 N/m，自然长度L0＝0.5 m，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S＝0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向，电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好．限流电阻的阻值R＝1 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω.合上开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U1＝3.0 V；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表的示数为U2＝2.0 V，求：
(1)金属杆单位长度的电阻；
(2)此时作用在迎风板上的风力．
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科目：高中物理 来源： 题型：
【题目】关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是( )
A. 卫星通信利用人造地球卫星作为中继站进行通信
B. 光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等优点
C. 电磁波可以在真空中传播
D. 电磁波的频率越高，在真空中传播的速度越大
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