(16分)2010 年上海世博會某國家館內(nèi),有一“自發(fā)電”地板,利用游人走過此處,踩踏地板發(fā)電.其原因是地板下有一發(fā)電裝置,如圖⑴所示,裝置的主要結(jié)構(gòu)是一個截面半徑為r、匝數(shù)為n的線圈,無摩擦地套在磁場方向呈輻射狀的永久磁鐵槽中.磁場的磁感線沿半徑方向均勻分布,圖⑵為橫截面俯視圖.輕質(zhì)地板四角各連接有一個勁度系數(shù)為k的復(fù)位彈簧(圖中只畫出其中的兩個),輕質(zhì)硬桿P將地板與線圈連接,從而帶動線圈上下往返運(yùn)動(線圈不發(fā)生形變),便能發(fā)電.若線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,線圈的總電阻為R0,現(xiàn)用它向一個電阻為R的小燈泡供電.為便于研究,將某人走過時對板的壓力使線圈發(fā)生的位移x隨時間t變化的規(guī)律簡化為圖⑶所示.(彈簧始終處在彈性限度內(nèi),取線圈初始位置x=0,豎直向下為位移的正方向)求:

⑴0~t0時間內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小及方向;
⑵t=t0/2時地板受到的壓力;
⑶人踩踏一次地板所做的功.

⑴I=,俯視逆時針方向;⑵F=2kx0;⑶W=

解析試題分析:⑴由圖⑶可知,線圈在0~t0時間內(nèi)向下做勻速運(yùn)動,運(yùn)動速度大小為v=      ①
線圈在向下運(yùn)動的過程中切割磁感線,其感應(yīng)電動勢為:E=2πnBrv         ②
根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,此時線圈中感應(yīng)電流大小為:I=        ③
由①②③式聯(lián)立解得:I=        ④
根據(jù)右手定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向為俯視逆時針方向
⑵在線圈向下運(yùn)動的過程中受到了磁場向上的安培力作用,大小為:=2πnBrI         ⑤
根據(jù)胡克定律可知,在t=t0/2時刻,四根彈簧對地板向上的支持力增加了:ΔF=4kΔx=2kx0     ⑥
由于地板、線圈構(gòu)成整體,勻速運(yùn)動,根據(jù)平衡條件可知人對地板的壓力為:F=+ΔF      ⑦
由④⑤⑥⑦式聯(lián)立解得:F=2kx0
⑶人在踩踏一次地板的過程中,線圈總位移為0,因此彈簧的彈性勢能不變,但無論是線圈勻速向下運(yùn)動,還是勻速向上運(yùn)動,線圈都切割磁感線,且感應(yīng)電動勢大小不變,即回路中感應(yīng)電流的大小不變,產(chǎn)生電熱,根據(jù)功能關(guān)系有:W=ΔE         ⑧
根據(jù)焦耳定律有:ΔE=2I2(R+R0)t0         ⑨
由④⑧⑨式聯(lián)立解得:W=
考點(diǎn):本題主要考查了問題,屬于中檔偏低題。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(18分)如圖所示,固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距為d,其右端接有阻值為R的電阻,整個裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中。一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置,且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸,桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為。現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動距離L時,速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動過程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)。設(shè)桿接入電路的電阻為r,導(dǎo)軌電阻不計,重力加速度大小為g。

求(1)此過程桿的速度最大值Vm;
(2)此過程流過電阻R的電量。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(9分)如圖,在水平面內(nèi)有兩條電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌AB、CD,導(dǎo)軌間距為L;一根電阻為R的金屬棒ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動,棒與導(dǎo)軌垂直,并接觸良好,導(dǎo)軌之間有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感強(qiáng)度為B,導(dǎo)軌右邊與電路連接,電路中的兩個定值電阻阻值分別為2R和R,現(xiàn)用力拉ab以速度v0勻速向左運(yùn)動。求:

(1)感應(yīng)電動勢的大小
(2)感應(yīng)電流的大小和方向
(3)ab兩端的電勢差Uab

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(12分)如圖所示,邊長為L的正方形單匝線圈abcd,電阻r,外電路的電阻為R,a、b的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界線上,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,若線圈從圖示位置開始,以角速度繞軸勻速轉(zhuǎn)動,求:

(1).閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式;
(2).線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180o的過程中,流過電阻R的電荷量為;
(3).線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量為。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(14分)如圖所示,兩條互相平行且足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距l(xiāng)="0.2" m,在導(dǎo)軌的一端接有阻值R="3" Ω的電阻,在x≥0處有一垂直水平面向下的勻強(qiáng)磁場,磁感強(qiáng)度B="0.5" T。一質(zhì)量m ="0." 1kg,電阻r="2" Ω的金屬棒垂直擱在導(dǎo)軌上,并以v0="20" m/s的初速度進(jìn)入磁場,在水平拉力F的作用下作勻減速直線運(yùn)動,加速度大小a="2" m/s2。棒與導(dǎo)軌接觸良好,其余電阻均不計。求:

(1)第一次電流為零時金屬棒所處的位置;
(2)電流第一次減少為最大值的一半時拉力F的大小及其功率;
(3)金屬棒開始進(jìn)入磁場到速度減小為零的過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量為1.6 J,求該過程中拉力F所做的功。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

如圖所示,相距20cm的平行金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角,現(xiàn)在導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為330g的金屬棒ab,它與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為0.50,整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T的豎直向上勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌所接電源的電動勢為15V,電阻不計,滑動變阻器的阻值滿足要求,其他部分電阻不計,取,為了保證ab處于靜止?fàn)顟B(tài),則:

(1)ab通入的最大電流為多少?
(2)ab通入的最小電流為多少?
(3)R的調(diào)節(jié)范圍是多大?

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(8分)如圖所示,兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌MP、NQ與水平面成θ=37°角固定放置,導(dǎo)軌電阻不計,兩導(dǎo)軌間距L="0.5" m,在兩導(dǎo)軌形成的斜面上放一個與導(dǎo)軌垂直的均勻金屬棒ab,金屬棒ab處于靜止?fàn)顟B(tài),它的質(zhì)量為。金屬棒ab兩端連在導(dǎo)軌間部分對應(yīng)的電阻為R2=2Ω,電源電動勢E=2V,電源內(nèi)阻r=1Ω,電阻R1=2Ω,其他電阻不計。裝置所在區(qū)域存在一垂直于斜面MPQN的勻強(qiáng)磁場。(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,)求:

(1)所加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向;
(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計的一種振動發(fā)電裝置的示意圖,一個半徑r =0.10m、匝數(shù)n=20的線圈套在永久磁鐵槽中,磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示).在線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B=0.20T,線圈的電阻為R1=0.50Ω,它的引出線接有R2=9.5Ω的小電珠L,外力推動線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動,便有電流通過電珠。當(dāng)線圈向右的位移x隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示時(x取向右為正,忽略左右往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換時間)。求:


(1)線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小;
(2)線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的大小,并在圖丁中畫出感應(yīng)電流隨時間變化的圖象,至少畫出0~0.4s的圖象(在圖甲中取電流由C向上通過電珠L到D為正);
(3)每一次推動線圈運(yùn)動過程中作用力F的大。
(4)該發(fā)電機(jī)的輸出功率P.

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科目:高中物理 來源: 題型:單選題

如圖所示,某小型發(fā)電站發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓為500 V,輸出的電功率為50 kW,用電阻為3 Ω的輸電線向遠(yuǎn)處送電,要求輸電線上損失功率為輸電功率的0.6%,則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器,到達(dá)用戶再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用(兩個變壓器均為理想變壓器).對整個送電過程,下列說法正確的是 (  )

A.輸電線上的損失功率為300 W
B.升壓變壓器的匝數(shù)比為1∶100
C.輸電線上的電流為10 A
D.降壓變壓器的輸入電壓為4970 V

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同步練習(xí)冊答案