【題目】發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性 ，源于它們機理上的類似性.直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如圖1、圖2所示的情景.

在豎直向下的磁感應強度為的勻強磁場中，兩根光滑平等金屬軌道、固定在水平面內，相距為，電阻不計.電阻為的金屬導體棒垂直于、放在軌道上，與軌道接觸良好，以速度（平行于）向右做勻速運動.

圖1軌道端點間接有阻值為的電阻，導體棒受到水平向右的外力作用.圖2軌道端點間接有直流電源，導體棒通過滑輪勻速提升重物，電路中的電流為.

（1）求在時間內，圖1“發(fā)電機”產生的電能和圖2“電動機”輸出的機械能；

（2）從微觀角度看，導體棒中的自由電荷所受洛倫茲在上述能量轉化中起著重要作用.為了方便，可認為導體棒中的自由電荷為正電荷.

a.請在圖3（圖1的導體棒）、圖4（圖2的導體棒）中，分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖.

b.我們知道，洛倫茲力對運動電荷不做功.那么，導體棒中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉化過程中起到作用的呢？請以圖2“電動機”為例，通過計算分析說明.

【答案】（1）（2）a.見解析圖 b.見解析

【解析】

（1）圖1中，電路中的電流，

棒受到的安培力，

在時間內，“發(fā)電機”產生的電能等于棒克服安培力做的功，

有.

圖2中，棒受到的安培力，

在時間內，“發(fā)電機”產生的電能等于棒克服安培力做的功，

故.

（2）a.如圖3、圖4所示.

圖3 圖4

b.設自由電荷所帶電荷量為，沿導體棒定向移動的速度為.

如圖4所示，沿棒方向的洛倫茲力，做負功，

，

垂直于棒方向的洛倫茲力，做正功，

，

所以，即導體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力所做的功為零.

做負功，阻礙自由電荷的定向移動，宏觀上表現(xiàn)為“反電動勢”，消耗電源的電源；做正功，宏觀上表現(xiàn)為安培力做正功，使機械能增加.大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將電能轉化為等量的機械能，在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到“傳遞”能量的作用.

練習冊系列答案
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【題目】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)．光控開頭可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為Lx）．某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表：

照度（lx）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

電阻(k)

75

40

28

23

20

18

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系（見答題卡）中描繪出阻值隨照度變化的曲線___________，并說明阻值隨照度變化的特點_________．

②如圖所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路．給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內完成電路原理圖_________．（不考慮控制開關對所設計電路的影響）

提供的器材如下：

光敏電源E(電動勢3V，內阻不計)；

定值電阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限選其中之一并在圖中標出）

開關S及導線若干．

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【題目】如圖所示，菱形線框abcd由四根完全相同的導體捧連接而成，固定在勻強磁場中，菱形所在平面與磁場方向垂直，現(xiàn)將直流電源E連接在菱形線框的a、c兩點之間，此時導體棒ab所受安培力大小為F，若每根導體棒長均為L，a、c兩點間距離為1.5L，則菱形線框abcd所受安培力的大小為

A.F

B.2F

C.3F

D.4F

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【題目】海水中含有大量的正負離子，并在某些區(qū)域具有固定的流動方向，據(jù)此人們設計并研制“海流發(fā)電機”，可生產無污染的再生能源，對海洋航標燈持續(xù)供電，其工作原理如圖所示，用絕緣防腐材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道上、下兩個表面裝有防腐導電板M，N，板長為a、寬為b（未標出），兩板間距為d，將管道沿著海水流動方向固定于海水中，將航標燈L與兩導電板M和N連接，加上垂直于管道前后面的勻強磁場（方向如圖），磁感應強度大小為B，海水流動方向如圖所示，海水流動速率為v，已知海水的電阻率為，航標燈電阻為R，則下列說法正確的是

A.“海流發(fā)電機”對航標燈L供電的電流方向是M→L→N

B.“海流發(fā)電機”產生感應電動勢的大小是U=Bav

C.通過航標燈L電流的大小是

D.“海流發(fā)電機”發(fā)電的總功率為

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【題目】如圖所示為遠距離輸送交流電的示意圖，變壓器均為理想變壓器。隨著用戶負載增多，發(fā)電機F達到額定功率時，降壓變壓器輸出功率仍然不足，用戶的用電器不能正常工作.那么，在發(fā)電機以額定功率工作的情況下，為了適當提高用戶的用電功率，可采取的措施是（ ）

A.適當增大輸電線的電阻r

B.適當提高

C.適當提高的同時，降低

D.適當降低的同時，提高

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【題目】如圖所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個25mH的高頻扼流圈，C是一個100PF的電容器，R是負載電阻，下列說法正確的是（ ）

A.L的作用是“通低頻，阻高頻”

B.C的作用是“通交流，隔直流”

C.C的作用是“通高頻，阻低頻”

D.通過R的電流中，低頻電流所占的百分比遠遠大于高頻交流所占的百分比

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【題目】如圖所示，有一個等腰直角三角形的勻強磁場區(qū)域其直角邊長為L，磁場方向垂直紙面向外，磁感應強度大小為B.邊長為L、總電阻為R的正方形導線框abcd，從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域，取沿abcda的感應電流為正，則表示線框中電流i隨bc邊的位置坐標x變化的圖象正確的是

A.B.C.D.

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【題目】某一電學黑箱內可能有電容器、電感線圈、定值電阻等元件，在接線柱間以如圖所示的“Z”字形連接(兩接線柱間只有一個元件)。為了確定各元件種類，小華同學把計算機輔助實驗系統(tǒng)中的電流傳感器(相當于電流表)與一直流電源、滑動變阻器、開關串聯(lián)后，分別將AB、BC、CD接入電路，閉合開關，計算機顯示的電流隨時間變化的圖象分別如圖a、b、c所示，則如下判斷中錯誤的是 (　　)

A. AB間是電容器 B. BC間是電感線圈

C. CD間是電容器 D. CD間是定值電阻

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A.若a固定，釋放b，則b最終速度的大小為

B.若同時釋放a、b，則b最終速度的大小為

C.若同時釋放a、b，當b下降高度為h時達到最大速度，則此過程中兩桿與導軌構成的回路中產生的電能為

D.若同時釋放a、b，當b下降高度為h時達到最大速度，則此過程中通過回路的電荷量為

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