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161748. (2022•西安中学•高二上期末) 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。
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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。
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共享时间:2022-02-05 难度:3
[考点]
左手定则判断安培力的方向,电磁感应过程中的能量类问题,电磁感应过程中的电路类问题,
[答案]
见试题解答内容
[解析]
解:(1)导体平动切割磁感应线产生的感应电动势为:E=BLv,
感应电流为:I=
图1“发电机”产生的电能为:
E=EIΔt=
图2中,电动机输出的机械能等于重物增加的重力势能
ΔEm=mgvΔt
mg=F
F=BIL
联立解得:ΔEm=BILvΔt。

(2)a、图3中的导体棒是由于外力作用发生移动,根据右手定则可知电流方向从b到a;图4是由于通电使得导体棒中形成电流,所以电流方向由a到b,同时电荷还要匀速向右运动,根据左手定则可知受到的洛伦兹力方向如下图所示:
b、以图2“电动机”为例,所受到的洛伦兹力方向如图4所示,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在水平向右的方向上对电荷产生向右的作用力,此分力对电荷做正功,即W1=F′洛xx;在沿导体棒方向上洛伦兹力的分力对导体棒做负功,即W2=﹣F′洛yy,总体情况洛伦兹力还是对运动电荷不做功,但通过洛伦兹力将电能转化为机械能。
答:(1)在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能为;图2“电动机”输出的机械能为BILvΔt。
(2)a.自由电荷所受洛伦兹力的示意图见解析。
b.图2“电动机”导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是将电能转化为机械能。
[点评]
本题考查了"左手定则判断安培力的方向,电磁感应过程中的能量类问题,电磁感应过程中的电路类问题,",属于"典型题",熟悉题型是解题的关键。
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158857. (2023•滨河中学•高二上二月) 德优题库如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距L=0.5m,其电阻不计。导轨平面与水平面夹角θ=30°,N、Q两端和M、P两端分别接有R=1.5Ω的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置,ab两端与导轨始终接触良好,已知棒ab的质量m=0.2kg,电阻r=0.25Ω,整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B=1T。棒ab在平行于导轨向上的恒定拉力F作用下,以初速度v0=0.5m/s沿导轨向上开始运动。能达到的最大速度v=2m/s,重力加速度取g=10m/s2
(1)判断流经棒ab中电流的方向,并求棒ab两端的最大电压;
(2)求该过程中拉力的大小;
(3)若棒ab从v0开始运动到v2=1.5m/s的过程中两个电阻R上产生的总焦耳热Q=0.21J,求此过程中棒ab的位移大小;
(4)在棒ab的位移大小为x=1m的过程,流过棒ab的电荷量。
共享时间:2023-12-25 难度:2 相似度:0.83
158824. (2023•西安中学•高二上二月) 德优题库如图所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内,两导轨间的距离为L=1m,导轨间连接的定值电阻R=4Ω,导轨上放一质量为m=0.2kg的金属杆ab,金属杆始终与导轨接触良好,杆的电阻r=1Ω,其余电阻不计,整个装置处于磁感应强度为B=1T的匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向里,重力加速度g取10m/s2。现让金属杆从MP水平位置由静止释放,忽略空气阻力的影响,求:
(1)金属杆的最大速度vm的大小;
(2)若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q=1.6J,此时金属棒下落的高度h为多少?
(3)从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中,通过电阻R的电荷量q;
(4)金属杆ab达到最大速度后,为使棒中不产生感应电流,从该时刻开始,磁感应强度B′应怎样随时间t变化?推导这种情况下B′与t的关系式。
共享时间:2023-12-15 难度:3 相似度:0.66
160005. (2021•西安中学•四模) .(18分)如图所示,两根固定的光滑金属导轨水平部分与倾斜部分平滑连接,两导轨间距为L=0.5m,导轨的倾斜部分与水平面夹角为θ=53°。导轨的倾斜部分顶部连接有一个阻值为R=0.8Ω的电阻,中部某范围内有一个长度也为L的匀强磁场区域abcd,磁感应强度大小为B=2T,磁场方向垂直于轨道面向上。现有一质量为m=0.5kg、电阻为r=0.2Ω,长度略大于L的导体棒MN,从倾斜导轨上某处由静止释放,在刚滑进磁场abcd时恰好做匀速直线运动(取重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8)。求:
(1)导体棒MN释放时和磁场边界ab间的距离s;
(2)若在水平轨道上某段铺设导电的粗糙材料,发现导体棒滑上该材料后的第一秒内位移为4m,第三秒内位移为0.25m,求该材料与导体棒间的动摩擦因数μ及导体棒滑上该材料前的速度v;
(3)若在铺设该粗糙材料的同时在材料区间加上竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小也为B=2T,发现导体棒滑上该材料后只需t0=1s即可停下。求导体棒从静止释放到最后停下的整个过程中,导体棒上产生的焦耳热Qr

共享时间:2021-04-21 难度:3 相似度:0.66
160394. (2019•蓝田县•一模) 实验小组想要探究电磁刹车的效果,在遥控小车底面安装宽为0.1m、长为0.4m的10匝矩形线框abcd,总电阻为R=2Ω,面积可认为与小车底面相同,其平面与水平地面平行,小车总质量为m=0.2kg。如图是简化的俯视图,小车在磁场外以恒定的功率做直线运动,受到地面阻力恒为f=0.4N,进入磁场前已达到最大速度υ=5m/s,车头(ab边)刚要进入磁场时立即撤去牵引力,车尾(cd边)刚出磁场时速度恰好为零。已知有界磁场宽度为0.4m,磁感应强度为B=1.4T,方向竖直向下。求:德优题库
(1)进入磁场前小车所受牵引力的功率P;
(2)车头刚进入磁场时,小车的加速度大小;
(3)电磁刹车过程中产生的焦耳热Q。
共享时间:2019-03-14 难度:3 相似度:0.66
160521. (2016•师大附中•八模) 水平放置的两根平行金属导轨ad和bc,导轨两端a、b和c、d两点分别连接电阻R1和R2,组成矩形线框,如图所示,ad和bc相距L=0.5m,放在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=1T,一根电阻为0.2Ω的导体棒PQ跨接在两根金属导轨上,在外力作用下以4m/s的速度,向右匀速运动,如果电阻R1=0.3Ω,R2=0.6Ω,导轨ad和bc的电阻不计,导体与导轨接触良好.求:
(1)导体棒PQ中产生的感应电流的大小;
(2)导体棒PQ上感应电流的方向;
(3)导体棒PQ向右匀速滑动的过程中,外力做功的功率.

共享时间:2016-06-13 难度:3 相似度:0.66
160538. (2016•西安中学•三模) 德优题库如图所示,足够长的粗糙金属导轨POQ,夹角∠POQ=60°,PO=OQ,P、Q两端点均在水平面上,导轨平面与水平面的夹角为α.质量为m的匀质金属杆MN垂直于∠POQ的角平分线对称放置在导轨上,其重心在角平分线上.金属杆和导轨单位长度的电阻均为r,且始终保持良好接触.若用大小F=2mgsinα、方向沿∠POQ的角平分线向上的力F作用在金属杆MN的重心点上,金属杆恰可沿力F的方向匀速向上运动.撤去力F后,给导轨处加上一个区域足够大的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出),磁场方向垂直于导轨平面.初始时刻金属杆到O点的距离为a,给金属杆一个沿∠POQ角平分线向下的初速度v0.求:(不计感应电流之间的相互作用)
(1)金属杆与导轨间的动摩擦因数μ.
(2)初始时刻,金属杆上的感应电流的大小I0
(3)金属杆向下滑行的距离x.
共享时间:2016-04-03 难度:3 相似度:0.66
160590. (2016•西安一中•模拟) 德优题库如图所示,竖直平面内有一半径为r、内阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环球,在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接,EF之间接有电阻R2,已知R1=12R,R2=4R.在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场Ⅰ和Ⅱ,磁感应强度大小均为B.现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,且平行轨道足够长。已知导体棒ab下落
r
2
时的速度大小为v1,下落到MN处的速度大小为v2
(1)求导体棒ab下落到
r
2
时的加速度大小。
(2)若导体棒ab进入磁场Ⅱ后棒中电流大小始终不变,求磁场Ⅰ和Ⅱ之间的距离h和R2上的电功率P2
共享时间:2016-03-05 难度:3 相似度:0.66
160896. (2025•西安一中•高二上期末) 德优题库如图所示,光滑平行金属导轨AB、CD固定在倾角为θ的绝缘斜面上,BP、DQ为水平放置的平行且足够长的光滑金属导轨,导轨在B、D两点处平滑连接,水平部分处在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨间距均为L。两金属棒ab、cd的质量分别为m、2m,接入电路的电阻均为R,初始时,金属棒cd垂直放置在水平导轨上,金属棒ab垂直固定在倾斜导轨上距底端距离为s处,某时刻将ab由静止释放,不计导轨电阻。重力加速度为g,求:
(1)金属棒cd的最大加速度am
(2)金属棒cd的最大速度vm
(3)流过金属棒ab的电荷量q;
(4)金属棒ab上产生的热量Qab
共享时间:2025-02-19 难度:3 相似度:0.66
161398. (2023•西安中学•高二上期末) 如图甲所示,两条足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ固定在水平面上,阻值为R的定值电阻与导轨的M、P端相连,MP和导轨垂直,平行导轨的间距为L,导轨电阻不计。穿过导轨平面的磁场方向垂直导轨平面向上,磁感应强度的大小B随着时间t变化的图像如图乙所示,质量为m、长度为L、电阻值为r=
1
4
R的金属杆ab垂直于导轨放置并且和导轨接触良好,杆ab和PM之间距离为d。现在杆ab的中点处系一根不可伸长的轻绳,绳子跨过定滑轮与一质量为m的物块相连接,滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行,已知在0~t0时间内,金属杆ab在水平外力F作用下保持静止状态。t0时刻撤去外力,金属杆从静止开始运动,当物块下落的高度为h时,物块达到最大速度,重力加速度为g。求:
(1)写出水平外力F随时间t的变化关系式;
(2)从t=0时刻开始到物块达到最大速度时间内,通过电阻R的电荷量;
(3)从t=0时刻开始到物块达到最大速度时间内,电阻R所产生的热量;
(4)物块下落h高度的过程中所经历的时间。
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共享时间:2023-02-20 难度:3 相似度:0.66
160325. (2020•周至五中•二模) 如图(a),一水平面内固定有两根平行的长直金属导轨,导轨间距为L;两根相同的导体棒M、N置于导轨上并与导轨垂直,长度均为L;棒与导轨间的动摩擦因数为µ(最大静摩擦力等于滑动摩擦力);整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.从t=0时开始,对导体棒M施加一平行于导轨的外力F,F随时间变化的规律如图(b)所示。已知在t0时刻导体棒M的加速度大小为µg、导体棒N开始运动。运动过程中两棒均与导轨接触良好,重力加速度大小为g。两棒的质量均为m,电阻均为R,导轨的电阻不计。求
(1)t0时刻导体棒M的速度vM
(2)0~t0时间内外力F的冲量大小;
(3)0~t0时间内导体棒M与导轨因摩擦产生的内能。

共享时间:2020-03-23 难度:4 相似度:0.58
160691. (2016•华清中学•一模) 德优题库如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小为B=0.5T.在区域Ⅰ中,将质量m1=0.1kg,电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg,电阻R2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑,cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取g=10m/s2,问
(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab将要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是多少。
共享时间:2016-03-13 难度:4 相似度:0.58
160485. (2018•铁一中学•二模) 德优题库如图,质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面是,电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形,棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱,导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0.PQ左侧匀强磁场方向竖直向上,磁感应强度大小为B.在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用于导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a。
(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;
(2)经过多少时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少?
(3)某一过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力做功为W,求该过程中导轨动能增加量。
共享时间:2018-03-17 难度:5 相似度:0.53
161195. (2024•铁一中学•高二上期末) 如图,一组平行等间距的足够长导轨由倾角θ=30°的倾斜导轨与水平导轨相连构成,导轨间距为l,在倾斜导轨的边界EF上方,存在垂直于斜面向上,大小为B的匀强磁场。现将质量为m,电阻为R的导体棒M,放在倾斜导轨顶端,与其相距d处(仍在磁场中)放置完全相同的导体棒N,发现两导体棒恰好不滑动。一质量为m0,可视为质点的小球,从水平轨道平面中轴线上方某点,以初速度v0平抛出,恰好平行于倾斜导轨,在M杆中心处与导体棒M发生弹性碰撞。已知m0,重力加速度为g,接触面间的最大静摩擦与滑动摩擦力相等。
(1)求小球与导体棒M碰后瞬间,N棒的加速度大小a;
(2)若要保证M、N在磁场中不发生碰撞,求两导体棒初始距离d的最小值及N棒上产生焦耳热的最大值;
(3)若N棒离开EF时的速度为(M仍在磁场中且与N未发生碰撞),为确保之后M棒也能离开磁场,则d应该满足的条件范围。

 
共享时间:2024-02-29 难度:5 相似度:0.53

dygzwlyn

2022-02-05

高中物理 | 高二上 | 解答题

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