(16分)2010 年上海世博會(huì)某國(guó)家館內(nèi),有一“自發(fā)電”地板,利用游人走過(guò)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(gè)截面半徑為r、匝數(shù)為n的線圈,無(wú)摩擦地套在磁場(chǎng)方向呈輻射狀的永久磁鐵槽中.磁場(chǎng)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(gè)勁度系數(shù)為k的復(fù)位彈簧(圖中只畫出其中的兩個(gè)),輕質(zhì)硬桿P將地板與線圈連接,從而帶動(dòng)線圈上下往返運(yùn)動(dòng)(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(gè)電阻為R的小燈泡供電.為便于研究,將某人走過(guò)時(shí)對(duì)板的壓力使線圈發(fā)生的位移x隨時(shí)間t變化的規(guī)律簡(jiǎn)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(shí)間內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小及方向;
⑵t=t0/2時(shí)地板受到的壓力;
⑶人踩踏一次地板所做的功.
⑴I=,俯視逆時(shí)針?lè)较;⑵F=2kx0+;⑶W=
【解析】
試題分析:⑴由圖⑶可知,線圈在0~t0時(shí)間內(nèi)向下做勻速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)速度大小為v= ①
線圈在向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中切割磁感線,其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:E=2πnBrv ②
根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,此時(shí)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?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針?lè)较?/p>
⑵在線圈向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到了磁場(chǎng)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(shí)刻,四根彈簧對(duì)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(dòng),根據(jù)平衡條件可知人對(duì)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(guò)程中,線圈總位移為0,因此彈簧的彈性勢(shì)能不變,但無(wú)論是線圈勻速向下運(yùn)動(dòng),還是勻速向上運(yùn)動(dòng),線圈都切割磁感線,且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(wèn)題,屬于中檔偏低題。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
(16分)(2010·鹽城模擬)粗細(xì)均勻的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的
彈簧下邊,ab恰好處在水平位置(如圖13所示).已知ab的質(zhì)量為m
=10 g,長(zhǎng)度L=60 cm,沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)
度B=0.4T. 圖13
(1)要使兩根彈簧能處在自然狀態(tài),既不被拉長(zhǎng),也不被壓縮,ab中應(yīng)沿什么方向、通過(guò)多大的電流?
(2)當(dāng)導(dǎo)線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過(guò)時(shí),兩根彈簧均被拉長(zhǎng)了Δx=1 mm,求該彈簧的勁度系數(shù).
(3)當(dāng)導(dǎo)線中由b到a方向通過(guò)0.2 A的電流時(shí)兩根彈簧被拉長(zhǎng)多少?(取g=9.6 m/s2=
9.6 N/kg)
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科目:高中物理 來(lái)源:人教版高三物理磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用專項(xiàng)訓(xùn)練.doc 題型:計(jì)算題
(16分)(2010·鹽城模擬)粗細(xì)均勻的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的
彈簧下邊,ab恰好處在水平位置(如圖13所示).已知ab的質(zhì)量為m
=10 g,長(zhǎng)度L=60 cm,沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)
度B=0.4 T. 圖13
(1)要使兩根彈簧能處在自然狀態(tài),既不被拉長(zhǎng),也不被壓縮,ab中應(yīng)沿什么方向、通過(guò)多大的電流?
(2)當(dāng)導(dǎo)線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過(guò)時(shí),兩根彈簧均被拉長(zhǎng)了Δx=1 mm,求該彈簧的勁度系數(shù).
(3)當(dāng)導(dǎo)線中由b到a方向通過(guò)0.2 A的電流時(shí)兩根彈簧被拉長(zhǎng)多少?(取g=9.6 m/s2=
9.6 N/kg)
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科目:高中物理 來(lái)源:2011-2012學(xué)年江蘇省高三高考一輪復(fù)習(xí)第八章第1單元物理試卷(解析版) 題型:計(jì)算題
(16分)(2010·鹽城模擬)粗細(xì)均勻的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的彈簧下邊,ab恰好處在水平位置(如圖13所示).已知ab的質(zhì)量為m=10 g,長(zhǎng)度L=60 cm,沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T.
(1)要使兩根彈簧能處在自然狀態(tài),既不被拉長(zhǎng),也不被壓縮,ab中應(yīng)沿什么方向、通過(guò)多大的電流?
(2)當(dāng)導(dǎo)線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過(guò)時(shí),兩根彈簧均被拉長(zhǎng)了Δx=1 mm,求該彈簧的勁度系數(shù).
(3)當(dāng)導(dǎo)線中由b到a方向通過(guò)0.2 A的電流時(shí)兩根彈簧被拉長(zhǎng)多少?(取g=9.6 m/s2=
9.6 N/kg)
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科目:高中物理 來(lái)源:人教版高三物理磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用專項(xiàng)訓(xùn)練 題型:解答題
(16分)(2010·鹽城模擬)粗細(xì)均勻的直導(dǎo)線ab的兩端懸掛在兩根相同的
彈簧下邊,ab恰好處在水平位置(如圖13所示).已知ab的質(zhì)量為m
=10 g,長(zhǎng)度L=60 cm,沿水平方向與ab垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)
度B=0.4 T. 圖13
(1)要使兩根彈簧能處在自然狀態(tài),既不被拉長(zhǎng),也不被壓縮,ab中應(yīng)沿什么方向、通過(guò)多大的電流?
(2)當(dāng)導(dǎo)線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過(guò)時(shí),兩根彈簧均被拉長(zhǎng)了Δx=1 mm,求該彈簧的勁度系數(shù).
(3)當(dāng)導(dǎo)線中由b到a方向通過(guò)0.2 A的電流時(shí)兩根彈簧被拉長(zhǎng)多少?(取g=9.6 m/s2=
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