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图甲是交流发电机的模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd...

图甲是交流发电机的模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动,由线圈引起的导线aedf分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线abcd分别用它们的横截面来表示,已知ab长度为L1bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动(只考虑单匝线圈).

(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式;

(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.

 

(1) (2) 【解析】 (1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,设时间t内线圈转过的角度为θ,有θ=ωt, 在矩形线圈abcd转动过程中,只有ab和cd在切割磁感线,在t时刻,设矩形线圈的ab和cd的速度为v,有:,与磁感线的夹角为θ, 在t时刻,矩形线圈的ab和cd因切割磁感线产生的感应电动势均为E0=BL1vsinθ, 则整个矩形线圈产生的感应电动势为e1=2E0, 解得e1=BL1L2ωsinωt. (2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时, 与(1)同理,t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式为e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0).
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图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极NS间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示,以下判断正确的是

A.电流表的示数为10A

B.线圈转动的角速度为50πrad/s

C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行

D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左

 

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如图所示, xoy平面内, 有一线状电子源沿x正方向发射速度均为v的电子,形成宽为2R、在y轴方向均匀分布且关于x轴对称的电子流.电子流沿+x方向射入一个半径为R、中心位于原点O的圆形匀强磁场区域, 磁场方向垂直xoy平面向里.在磁场区域的正下方d处,有一长为2d的金属板MN关于y轴对称放置,用于接收电子,电子质量为m,电量为e,不计电子重力及它们间的相互作用.

(1)若正对0点射入的电子恰好从P点射出磁场,求磁感应强度大小B

(2)在第(1)问的情况下,求电子从进入磁场到打在MN板上的时间t

(3)若所有电子都能从P点射出磁场,MN板能接收到的电子数占发射电子总数的比例是多大?

 

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如图所示,足够长的光滑斜面固定在桌面上,斜面倾角=30°,D为挡板,质量均为m的物块BC用轻弹簧连接静止在斜面上,弹簧的劲度系数为k,一细绳跨过光滑定滑轮连接B与轻质挂钩、将质量为2m的钩码A无初速度挂在挂钩上、已知重力加速度为g,求:

(1)A没有挂上挂钩前,弹簧的压缩量;

(2)A刚挂上挂钩瞬间,A的加速度大小:

(3)物块C刚要离开D时,B的速度大小.

 

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如图所示,两根竖直放置的足够长的光滑平行金属导轨间距L=0.5m,上端接有电阻R=0.4,导轨电阻忽略不计.导轨下部的匀强磁场区有虚线所示的水平上边界,磁感应强度B=0.4T,方向垂直于导轨平面向外、有效电阻r=0.1的金属杆MN从静止开始下落、以v=5ms的速度进入张场恰能匀速运动,金属杆始终与导轨垂直且接触良好,不计空气阻力、金属杆进入磁场区域后,求:

(1)感应电动势的大小E以及MN杆中感应电流的方向:

(2)金属杆两端的电压大小U

(3)金属杆所受重力做功的功率P.

 

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如图所示,AOB是由某种透明物质制成的圆柱体的 横截面(0为圆心),其折射率为.今有一细束光线射向柱体,与OA平面成30°角,经OA面折射后到达圆弧上的P点, AOP=30°,试通过计算分析此光线能否从P点射出透明物质?

 

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