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如图甲所示,表面绝缘、倾角q=30°的斜面固定在水平地面上,斜面的顶端固定有弹性...

如图甲所示,表面绝缘、倾角q=30°的斜面固定在水平地面上,斜面的顶端固定有弹性挡板,挡板垂直于斜面,并与斜面底边平行。斜面所在空间有一宽度D=0.40m的匀强磁场区域,其边界与斜面底边平行,磁场方向垂直斜面向上,磁场上边界到挡板的距离s=0.55m。一个质量m=0.10kg、总电阻R=0.25W的单匝矩形闭合金属框abcd,放在斜面的底端,其中ab边与斜面底边重合,ab边长L=0.50m。从t=0时刻开始,线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,从静止开始运动,当线框的ab边离开磁场区域时撤去拉力,线框继续向上运动,并与挡板发生碰撞,碰撞过程的时间可忽略不计,且没有机械能损失。线框向上运动过程中速度与时间的关系如图乙所示。已知线框在整个运动过程中始终未脱离斜面,且保持ab边与斜面底边平行,线框与斜面之间的动摩擦因数m=说明: 6ec8aac122bd4f6e/3。求:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(1)线框受到的拉力F的大小;

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;

(3)已知线框向下运动通过磁场区域过程中的速度v随位移x的变化规律满足:

v=v0说明: 6ec8aac122bd4f6e(式中v0为线框向下运动ab边刚进入磁场时的速度大小,x为线框ab边进入磁场后对磁场上边界的位移大小),求线框在斜面上运动的整个过程中产生的焦耳热Q。

 

(1)1.5 N(2)0.50T(3)0.45 J 【解析】(1)由v-t图象可知,加速度  a==5.0m/s2………………(1分) 由牛顿第二定律F-mgsinq -m mgcosq=ma…解得 F=1.5 N……(2分) (2)由v-t图象可知,线框进入磁场区域后以速度v1做匀速直线运动,产生的感应电动势E=BLv1,通过线框的电流I==,线框所受安培力F安=BIL= 由力的平衡条件,有F=mgsinq+μmgcosq+     解得  B=0.50T……(3分) (3)由v-t图象可知,线框进入磁场区域后做匀速直线运动,并以速度v1匀速穿出磁场,说明线框的宽度等于磁场的宽度   D=0.40m ………………………………(1分) 线框ab边离开磁场后做匀减速直线运动,到达挡板时的位移为s-D=0.15m…(1分) 设线框与挡板碰撞前的速度为v2 由动能定理,有  -mg(s-D)sinq-μmg(s-D)cosq=…………(1分) 解得 v2==1.0 m/s…………………………(1分) 线框碰挡板后速度大小仍为v2,线框下滑过程中,由于重力沿斜面方向的分力与滑动摩擦力大小相等,即mgsinθ=μmgcosθ=0.50N,因此线框与挡板碰撞后向下做匀速运动,ab边刚进入磁场时的速度为v2=1.0 m/s;进入磁场后因为又受到安培力作用而减速,做加速度逐渐变小的减速运动,设线框全部离开磁场区域时的速度为v3 由v=v0-得v3=v2-=-1.0 m/s, 因v3<0,说明线框在离开磁场前速度已经减为零,这时安培力消失,线框受力平衡,所以线框将静止在磁场中某位置。…………………………………………………………(2分) 线框向上运动通过磁场区域产生的焦耳热Q1=I2Rt==0.40 J……(1分) 线框向下运动进入磁场的过程中产生的焦耳热Q2==0.05 J…………(1分) 所以Q=Q1+Q2=0.45 J…………………………………………………………(1分)
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利用太阳电池这个能量转换器件将辐射能转变为电能的系统称光伏发电系统.光伏发电系统的直流供电方式有其局限性,绝大多数光伏发电系统均采用交流供电方式.将直流电变为交流电的装置称为逆变器,有一台内阻为r=1W的太阳能发电机,供给一个学校照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为1:4,降压变压器的匝数比为4:1,输电线的总电阻R=4W,全校共22个班,每班有“"220V 40W”"灯6盏,若全部电灯正常发光,求:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(1)输电线上损失的电功率;

(2)远距离输电的输电效率;

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图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′顺时针匀速转动,线圈的匝数n=100、电阻r=10 W,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90 Ω,与R并联的交流电压表为理想电表,在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量F随时间t按图乙所示的正弦规律变化。 求:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(1)判断t=0时刻线圈的电流方向;

(2)交流电压表的读数;

(3)线圈从t=0时刻的位置转90°的过程中通过电阻R的电量和全电路产生的电热。

 

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在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500匝,横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1 =4.0Ω,R2 =5.0Ω,C=30μF。在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。求:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(1)螺线管中产生的感应电动势;

(2)闭合S,电路中的电流稳定后,求电阻R1的电功率;

(3)S断开后,求流经R2的电量。

 

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一人在河面上游泳时见到与他的眼睛在同一竖直线的河底有一个红色小物体,当这个人向前游了3m后忽然看不到那个红色小物体了,水对该光的折射率n=4/3。求:

(1)该光在水中的传播速度;

(2)估算这条河的深度。(画出光路图)

 

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有白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、毛玻璃屏等光学元件,把它们从左向右放在图中所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。

           

说明: 6ec8aac122bd4f6e

(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示为___________mm。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数________mm。

说明: 6ec8aac122bd4f6e

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