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如图甲所示是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半...

如图甲所示是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r=0.1m、匝数n=20的线圈,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示).在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2T,线圈的电阻为1.5Ω,它的引出线接有质量为0.01kg、电阻为0.5Ω的金属棒MN,MN置于倾角为30°的光滑导轨上,导轨宽度为0.25m.外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,便有电流通过MN.当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正),g=10m/s2.求:
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(1)若MN固定不动,流过它的电流大小和方向?
(2)若MN可自由滑动,至少要加多大的匀强磁场B'才能使MN保持静止,并在图丁中画出磁感应强度B'随时间变化的图象;
(3)发电机的输出功率.
(1)根据图丙所示图象求出线圈的速度,然后根据公式E=BLv求出感应电动势,由欧姆定律求感应电流,由右手定值判断出感应电流方向与大小; (2)线圈做匀速直线运动,推力等于安培力,由平衡条件及安培力公式可以求出磁感应强度B'随时间变化的关系式,从而画出图象; (3)由电功率公式P=I2R可以求出发电机的输出功率; 【解析】 (1)由图丙知线圈运动速度 ① 线圈向右运动时切割感线,且各处磁场方向与组成线圈的导线垂直,线圈产生电动势 E=nBLV=2πrnBV        ② 流过MN电流   ③ 联立①、②、③得④ 流过MN电流方向从M到N. 当线圈向左运动时,电流大小不变,流过MN的电流方向从N到M. (2)MN受重力、斜面支持力和安培力作用处于静止状态,要使外加磁场B'最小,即安培力最小,当流过MN电流从M到N时,由左手定则知磁场方向垂直轨道平面向下.且mgsin30°=B'IL⑤ ⑥ 当流MN电流从N到M时,要MN静止,B'的方向相反,即垂直轨道平面向上,以此方向为正方向,则磁感应强度B'随时间变化图象如图所示. (3)发电机输出功率 答:(1)若MN固定不动,流过它的电流大小为1A和方向从N到M; (2)若MN可自由滑动,至少要加0.2T的匀强磁场B'才能使MN保持静止,并在图丁中画出磁感应强度B'随时间变化的图象如上图所示; (3)发电机的输出功率为0.5W.
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考点分析:
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(2)外加电场场强的大小;
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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