19.如圖甲所示是某人設(shè)計(jì)的一種振動發(fā)電裝置,它的結(jié)構(gòu)是一個套在輻向形永久磁鐵槽中的半徑為r=0.1m、匝數(shù)n=20的線圈,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0.2T,線圈的電阻為2Ω,它的引出線接有8Ω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),求:

(1)線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大。
(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(在圖甲中取電流由C向上流過電珠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(摩擦等損耗不計(jì));
(5)某同學(xué)說:“該線圈在運(yùn)動過程中,磁感線始終與線圈平面平行,線圈中的磁通量始終為零,磁通量保持不變,因此線圈中應(yīng)該沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,但實(shí)際卻產(chǎn)生了電流,如何解釋這個問題呢?”對這個問題說說你的看法.

分析 (1)從圖象可以看出,線圈來回做勻速運(yùn)動,求出速度,即可求出感應(yīng)電動勢.
(2)電動勢大小一定,所以電流的大小一定,根據(jù)右手定則,判斷出電流的方向.
(3)推動線圈的過程中,因?yàn)槭莿蛩,所以推力等于安培力?br />(4)根據(jù)能量守恒定律,發(fā)電機(jī)的輸出功率等于燈泡的功率.
(5)磁感線是閉合曲線,在磁鐵的內(nèi)部也有磁感線,這些磁感線穿過線圈,線圈中的磁通量不為0,運(yùn)動的過程中,磁通量發(fā)生變化,不能只看到外部的磁感線.

解答 解:(1)從圖可以看出,線圈往返的每次運(yùn)動都是勻速直線運(yùn)動,其速度為:v=$\frac{△x}{△t}$=0.8 m/s   
線圈做切割磁感線,電動勢為:E=2nπrBv=2×20×3.14×0.1×0.2×0.8=2 V   
(2)感應(yīng)電流為:I=$\frac{E}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=0.2 A 
電流圖象如右圖 
  (3)由于線圈每次運(yùn)動都是勻速直線運(yùn)動,所以每次運(yùn)動過程中推力必須等于安培力.有:
F=F=nILB=2nIp rB=2×20×0.2×3.14×0.1×0.2=0.5 N.      
  (4)發(fā)電機(jī)的輸出功率即燈的電功率.為:P=I2R2=0.22×8 W=0.32 W        
   (5)磁感線是閉合曲線,所以在磁鐵內(nèi)部也有磁感線,這些磁感線穿過線圈了,所以線圈中的磁通量不為零,且在運(yùn)動過程中磁通量發(fā)生變化了.
答:(1)線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E的大小是2V;
(2)線圈運(yùn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的大小是0.2A,在圖丁中畫出感應(yīng)電流隨時間變化的圖象如圖;
(3)每一次推動線圈運(yùn)動過程中作用力F的大小是0.5N;
(4)該發(fā)電機(jī)的輸出功率是0.32W;
(5)磁感線是閉合曲線,在磁鐵的內(nèi)部也有磁感線,這些磁感線穿過線圈,線圈中的磁通量不為0,運(yùn)動的過程中,磁通量發(fā)生變化.

點(diǎn)評 本題考察了導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,解決的關(guān)鍵是掌握電動勢的大小公式以及會用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

1.“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,采用重物自由下落的方法:
(1)實(shí)驗(yàn)中,下面哪種測量工具是必需的C.
A.天平   B.直流電源   C.刻度尺  D.秒表
(2)在實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰紙帶上,他選擇了四個點(diǎn)O、A、B、C,并測量出三個距離h、h1、h2,如圖乙所示.若重錘的質(zhì)量為m,相鄰點(diǎn)的時間間隔為T,則打B點(diǎn)時重錘的動能EkB=$\frac{m({h}_{1}+{h}_{2})^{2}}{8{T}^{2}}$.
(3)該同學(xué)通過比較mgh與EkB是否相等來驗(yàn)機(jī)械能守恒定律,請指出他的錯誤之處:沒有計(jì)算起點(diǎn)的動能.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.如圖所示,在網(wǎng)球的網(wǎng)前截?fù)艟毩?xí)中,若練習(xí)者在球網(wǎng)正上方距地面H處,將球以速度v沿水平且垂直于球網(wǎng)方向擊出,球剛好落在底線上.已知底線到網(wǎng)的距離為L,重力加速度為g,將球的運(yùn)動視作平拋運(yùn)動,下列表述錯誤的是( 。
A.球從擊出至落地所用時間為$\sqrt{\frac{2H}{g}}$
B.球的初速度v等于$L\sqrt{\frac{g}{2H}}$
C.球從擊球點(diǎn)至落地點(diǎn)的位移等于$\sqrt{{L^2}+{H^2}}$
D.球從擊球點(diǎn)至落地點(diǎn)的位移與球的質(zhì)量有關(guān)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

7.用質(zhì)量為m、電阻為R的均勻?qū)Ь做成多邊形線框,各條邊長如圖甲所示.將線框置于光滑絕緣的水平面上,在線框的右側(cè)存在豎直方向的有界勻強(qiáng)磁場,磁場邊界間的距離為L,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在垂直于MN邊的水平拉力作用下,線框以垂直磁場邊界的速度v勻速穿過磁場.在運(yùn)動過程中線框平面水平,且MN邊與磁場的邊界平行.求:
(1)線框MN邊剛進(jìn)入磁場時,M、N兩點(diǎn)間的電壓UMN
(2)以線框MN邊剛進(jìn)入磁場時為計(jì)時起點(diǎn),在圖乙的坐標(biāo)系中畫出線框在穿越磁場的過程中感應(yīng)電流隨時間變化的關(guān)系圖象(規(guī)定電流逆時針方向?yàn)檎较颍?br />(3)線框在穿越磁場的過程中,水平拉力對線框所做的功W.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

14.如圖所示,兩水平放置的平行金屬板M、N放在勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)線ab貼著M、N邊緣以速度v向右勻速滑動,一帶電粒子以水平速度射入右側(cè)兩板間后,恰做勻速直線運(yùn)動,該帶電粒子可能(  )
A.帶正電、向右射入B.帶負(fù)電、向左射入C.帶正電、向左射入D.帶負(fù)電、向右射入

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

4.如圖,AO、BO、CO三根細(xì)繩所能承受的最大拉力分別為300N、400N、500N,求:
(1)OC繩下掛一重100N的物體,求各段繩中張力多大?
(2)OC繩下最多只能掛多重的物體?

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

11.如圖所示,一物塊在大小為100N,方向與水平方向成60°角斜向上的拉力F作用下,沿水平面移動了x=2m的位移,此過程中拉力F對物塊做功為( 。
A.10JB.20JC.50JD.100J

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.人造地球衛(wèi)星在受到地球外層空間大氣阻力的作用后,衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的半徑、角速度和速率將( 。
A.半徑變小,角速度變大,速率變大B.半徑變大,角速度變大,速率變大
C.半徑不變,角速度變小,速率變小D.半徑不變,角速度變大,速率變大

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

2.顯像管是舊式電視機(jī)的主要部件,顯像管的簡要工作原理是陰極K發(fā)射的電子束經(jīng)電場加速后,進(jìn)入放置在其頸部的偏轉(zhuǎn)線圈形成的偏轉(zhuǎn)磁場,發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的電子轟擊熒光屏,使熒光粉受激發(fā)而發(fā)光,圖(a)為電視機(jī)顯像管結(jié)構(gòu)簡圖.顯像管的工作原理圖可簡化為圖(b).其中加速電場方向、矩形偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域邊界MN
和PQ均與OO'平行,熒光屏與OO'垂直.磁場可簡化為有界的勻強(qiáng)磁場,MN=4d,MP=2d,方向垂直紙面向里,其右邊界NQ到屏的距離為L.若陰極K逸出的電子(其初速度可忽略不計(jì)),質(zhì)量為m,電荷量為e,從O點(diǎn)進(jìn)入電壓為U的電場,經(jīng)加速后再從MP的中點(diǎn)射入磁場,恰好從Q點(diǎn)飛出,最終打在熒光屏上.
(l)求電子進(jìn)入磁場時的速度;
(2)求偏轉(zhuǎn)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小以及電子到達(dá)熒光屏?xí)r偏離中心O′點(diǎn)的距離;
(3)電子束在屏上依次左右上下經(jīng)過叫做掃描.每次擊中熒光屏上的一個點(diǎn)稱為像素,整屏的像素多少叫做顯示分辨率.圖象由大量像素組成,每屏圖象為一幀.為了能讓眼睛看到活動的畫面,并且感覺不出來圖象的掃描過程,需要依靠視覺暫留現(xiàn)象,短時間內(nèi)完成多幀掃描.假設(shè)每個像素同時由n個電子擊中而發(fā)光,顯示器的分辨率為p,每秒顯示整屏圖象的幀數(shù)為k,求進(jìn)人磁場的電子束的等效電流.

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同步練習(xí)冊答案