【題目】南海上有一浮桶式波浪發(fā)電燈塔,其原理示意如圖甲。浮桶*(輕密度絕緣材料制成)內(nèi)的磁體通過支柱固定在暗礁上,浮桶內(nèi)置線圈隨周期T=3s的波浪相對磁體沿豎直方向運動,且始終處于磁場中,該線圈與阻值R=15Ω的燈泡相連。如圖乙所示,浮桶下部由內(nèi)、外兩密封圓筒構(gòu)成,其截面積S=0.2m2(圖乙中斜線陰影部分),其內(nèi)為產(chǎn)生磁場的磁體,與浮桶內(nèi)側(cè)面的縫隙忽略不計;匝數(shù)N=200的線圈所在處輻向磁場的磁感應強度B=0.2T,線圈直徑D=0.4m,電阻r=1Ω。假設浮桶隨波浪上下運動可視為受迫振動,浮桶振動的速度可表示為 ,取重力加速度g=10m/s2,π2≈10。
(1)圖甲中,當浮桶上下運動通過平衡位置時,判斷流過燈泡的電流 方向 (向左或向右),并計算此時的電流大。
(2)畫出電流i隨時間t的變化圖像,并求線圈在1小時內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)已知浮桶與線圈總質(zhì)量為450kg,它們在運動過程中受到安培力與其他力的共同作用,試求0到0.75s時間內(nèi),其他力的沖量。(本題線圈中產(chǎn)生的交變電流與同匝數(shù)線圈在勻強磁場中以周期T=3s勻速轉(zhuǎn)的產(chǎn)生的交變電流等效,如圖丙所示)。
【答案】(1)4A電流向左(2)28800J(3)(180π+16)Ns
【解析】試題分析:根據(jù)右手定則,可判斷通過小燈泡的電流方向,根據(jù)閉合電路歐姆定律得到i與t的表達式,即可畫出i隨時間t變化的圖象;根據(jù)動量定理即可求得其他力的沖量。
(1)根據(jù)右手定則,通過小燈泡的電流向左
當線圈通過平衡位置時,速度最大,切割產(chǎn)生的電動勢最大即:
其中:,解得:Emax=64V
根據(jù)閉合電路歐姆定律
(2)電流最時間的變化關(guān)系
i-t圖像如圖所示 :
電流的有效值為:
電流產(chǎn)生的焦耳熱:
(3)浮筒與線圈在安培力及其他力的共同沖量作用下,動量發(fā)生改變
根據(jù)動量定理
交變電流與同匝數(shù)線圈在勻強磁場中以T=3s勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流等效,則有
四分之一周期內(nèi)哦通過的電量滿足:
則:
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【題目】如圖甲所示,半徑為r的金屬細圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場,磁感應強度B隨時間t的變化關(guān)系為(k>0,且為已知的常量)。
(1)已知金屬環(huán)的電阻為R。根據(jù)法拉第電磁感應定律,求金屬環(huán)的感應電動勢和感應電流I;
(2)麥克斯韋電磁理論認為:變化的磁場會在空間激發(fā)一種電場,這種電場與靜電場不同,稱為感生電場或渦旋電場。圖甲所示的磁場會在空間產(chǎn)生如圖乙所示的圓形渦旋電場,渦旋電場的電場線與金屬環(huán)是同心圓。金屬環(huán)中的自由電荷在渦旋電場的作用下做定向運動,形成了感應電流。渦旋電場力F充當非靜電力,其大小與渦旋電場場強E的關(guān)系滿足。如果移送電荷q時非靜電力所做的功為W,那么感應電動勢。
圖甲 圖乙
a.請推導證明:金屬環(huán)上某點的場強大小為;
b.經(jīng)典物理學認為,金屬的電阻源于定向運動的自由電子與金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余部分)的碰撞。在考慮大量自由電子的統(tǒng)計結(jié)果時,電子與金屬離子的碰撞結(jié)果可視為導體對電子有連續(xù)的阻力,其大小可表示為(b>0,且為已知的常量)。已知自由電子的電荷量為e,金屬環(huán)中自由電子的總數(shù)為N。展開你想象的翅膀,給出一個合理的自由電子的運動模型,并在此基礎上,求出金屬環(huán)中的感應電流I。
(3)宏觀與微觀是相互聯(lián)系的。若該金屬單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,請你在(1)和(2)的基礎上推導該金屬的電阻率ρ與n、b的關(guān)系式。
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【題目】如圖所示,傾角為30°的光滑絕緣直角斜面ABC,D是斜邊AB的中點。在C點固定一個帶電荷量為+Q的點電荷,一質(zhì)量為m,電荷量為-q的小球從A點由靜止釋放,小球經(jīng)過D點時的速度為v,到達B點時的速度為0,則( )
A. 小球從A到D的過程中靜電力做功為
B. 小球從A到B的過程中電勢能先減小后增加
C. B點電勢比D點電勢高
D. AB兩點間的電勢差
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【題目】北斗導航系統(tǒng)又被稱為“雙星定位系統(tǒng)”,具有導航、定位等功能。“北斗”系統(tǒng)中兩顆工作衛(wèi)星1和2均繞地心O做勻速圓周運動,軌道半徑均為r,某時刻兩顆工作衛(wèi)星分別位于軌道上的A、B兩位置,如圖所示。若衛(wèi)星均順時針運行,地球表面處的重力加速度為g,地球半徑為R,不計衛(wèi)星間的相互作用力。以下判斷中正確的是
A. 衛(wèi)星1的線速度可能大于7.9km/s
B. 這兩顆衛(wèi)星的向心加速度大小相等,均為
C. 如果使衛(wèi)星1加速,它就一定能追上衛(wèi)星2
D. 衛(wèi)星1由位置A運動到位置B的過程中萬有引力做正功
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【題目】氫原子的部分能級如圖所示,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當向低能級躍遷時輻射出不同頻率的光。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知,氫原子()
A. 從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高
B. 從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光
C. 用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應
D. 頻率最小的光是由n=4能級躍遷到n=3能級產(chǎn)生的
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【題目】如圖所示,真空中有兩個點電荷Q1=4×10-8C和Q2=1×10-8C分別固定在x坐標軸的x=0cm和x=6cm的位置上。關(guān)于x軸上各點,下列說法正確的是( )
A. x=4cm處的電場強度為零
B. x=2cm處電勢低于x=3cm處
C. x=3cm處電場強度大于x=5cm處
D. 負電荷在x=7cm處的電勢能大于x=8cm處
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【題目】在“測量小燈泡安伏特性曲線”實驗中。實驗室配備了除圖1所示的實驗器材外,還配備了導線和兩個多用電表。
(1)先用一個多用電表的歐姆擋測量小燈泡的阻值,下列說法正確的是_______
A.每一次更換檔位,都需要重新機械調(diào)零
B.測量前應檢查指針是否停在歐姆表的“∞”刻度線
C.為了測量更準確,可以把小燈泡接在電池上再測量
D.測量時,若發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)很小,應換倍率更大的擋進行測量
(2)為了測量小燈泡的伏安特性曲線,將兩個多用電表分別切換至電壓檔和電流檔當做電壓表和電流表接入電路,關(guān)于測量電路圖,下列連接方式正確的有______
A.B.C.D.
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器記錄多組數(shù)值,繪制伏安特性曲線如圖2所示。已知小燈泡的額定電壓為3V,小燈泡的額定功率為________W;而此時的電阻跟多用電表測出的阻值相差較大,其原因是_____________。
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【題目】甲、乙兩個學習小組利用如圖(1)所示的電路進行光電效應的實驗,甲組同學實驗過程中選擇的光電管陰極材料為金屬銀,乙組同學實驗過程中選擇的光電管陰極材料為金屬鋅,兩個小組均換用不同頻率的入射光進行實驗并記錄相關(guān)數(shù)據(jù),之后均以反向截止電壓Ue為縱坐標、人射頻率ν為橫坐標描點作圖,其中甲同學得到的圖線如圖(2)所示,下列說法正確的是
A. 金屬銀的極限頻率為5.0×1014Hz
B. 金屬銀的極限頻率為2.0×1014Hz
C. 甲組同學實驗過程中,入射光頻率為10×1014Hz時的光電流一定比頻率為17.5×1014Hz時的光電流小
D. 甲、乙兩個學習小組所描繪的Ue-ν圖象的斜率在實驗誤差允許范圍內(nèi)是相等的
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【題目】如圖,理想變壓器的原線圈與二極管一起接在的交流電源上,副線圈接有R=55Ω的電阻,原、副線圈匝數(shù)比為2∶1。假設該二極管的正向電阻為零,反向電阻為無窮大,電流表為理想電表。則
A. 副線圈的輸出功率為110W
B. 原線圈的輸入功率為110W
C. 電流表的讀數(shù)為1A
D. 副線圈輸出的電流方向不變
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