《电磁感应》压轴大题
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2002 年上海 23z 题(164) 1、如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图。一边长为 L、截面为正方
形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为 A 的小喷口,喷口离地的高度为 h,管道 中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒 a、b,其中棒 b 的两端与一电 压表相连,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中。当棒 a 中通有垂直纸面向里的恒定电流 I 时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为 s,若液体的 密度为ρ,不计所有阻力,求: (1)活塞移动的速度; (2)该装置的功率; (3)磁感强度 B 的大小; (4)若在实际使用中发现电压表的 读数变小,试分析其可能的原因。
由①②③三式可得
P
=
Aρ ( L4
−
A2 )s3
(
g
3
)2
2L4
2h
……④
(3)因为 P = Fv = ILBv
……⑤
由①④⑤可得 B = ρ (L4 − A2 )s 2 g 4IhL3
(4)因为 U = BLv ,所以喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,或磁场变小等
会引起电压表读数变小。
第1页共1页
后,装置 K 能使交流电变成直流电,而不改变其电压的大小。直流电的一个输出端与一可 变电阻 R 相连,可变电阻的另一端 P 是直流电的正极,直流电的另一个输出端 Q 是它的负 极。
图 c 是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图,其中 A、B 是两块纯铜片,插在 CuSO4 稀溶液中,铜片与引出导线相连,引出端分别为 x 、 y 。
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2004 年天津理综 25z 题(164)磁流体发电 4、(22 分)磁流体发电是一种新型发电方式,图 1 和图 2 是其工作原理示意图。图 1
中的长方体是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为 l 、 a 、 b ,前后两个侧面是绝缘 体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,这两个电极与负载电阻 RL 相连。整个发电导
ρa bl
,电流
I 受到的安培力 FA
=
B2a2v
RL
+
ρa bl
设 F ' 为存在磁场时的摩擦阻力,依题意 F ' = v F v0
存在磁场时,由力的平衡得 abΔp = FA + F '
根据上述各式解得
E=
Bav0
1
+
B 2av0 bΔp(RL +
ρa bl
)
(3)磁流体发电机发电导管的输入功率 P = abvΔp
管处于图 2 中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为 B,方向如图所示。发电导管内有
电阻率为 ρ 的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出。由于运动的电
离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电
导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为 v0 ,电离气体所受摩擦阻 力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差 Δp 维持恒定,求:
2 R + r = E = 1.77 Ω = 8.4Ω
I 0.21
第2页共2页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2004 年春季北京理综 25z 题(164)
3、(18 分)如图所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是一段长为 l、电
某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。
如图 2 所示,通道尺寸 a = 2.0m 、 b = 0.15m 、 c = 0.10m 。工作时,在通道内沿 z 轴正方向加 B = 8.0T 的匀强磁场;沿 x 轴负方向加匀强电场,使两金属板间的电压 U = 99.6V ;海水沿 y 轴方向流过通道。已知海水的电阻率 ρ = 0.20Ω������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
由能量守恒定律得 P = EI + F 'v
பைடு நூலகம்
故 P=
abv0 Δp
1
+
B 2av0 bΔp(RL +
ρa bl
)
第4页共4页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2006 年北京理综 24z 题(164) 5、(20 分)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图 1 是平静海面上
阻为 R 的均匀导线,ac 和 bc 的电阻可不计,ac 长度为 l ,磁场的磁感应强度为 B,方向垂 2
直纸面向里。现有一段长为 l 、电阻为 R 的均匀导体杆 MN 架在导线框上,开始时紧靠 ac,
2
2
然后沿 ab 方向以恒定速度 v 向 b 端滑动,滑动中始终与 ac 平行并与导线框保持良好接触。
间的缝隙中形成方向沿圆柱半径、大小近似均匀的磁场,磁感强度 B = 0.050T 。
图 b 是该发电机转子的示意图(虚线表示定子的铁芯)。矩形线框 abcd 可绕过 ad 、cb 边的中点并与图 a 中的铁芯 M 共轴的固定转轴 oo' 旋转,在旋转过程中,线框的 ab 、cd 边 始终处在图 a 所示的缝隙内的磁场中。已知 ab 边长 l1 = 25.0cm , ad 边长 l2 = 10.0cm , 线框共有 N = 8 匝导线,旋转的角速度ω = 250 / s 。将发电机的输出端接入图中的装置 K
(1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力 F 多大; (2)磁流体发电机的电动势 E 的大小; (3)磁流体发电机发电导管的输入功率 P。
解析:
(1)不存在磁场时,由力的平衡得 F = abΔp
(2)设磁场存在时的气体流速为 v ,则磁流体发电机的电动势 E = Bav
回路中的电流 I
=
Bav
RL
+
当 MN 滑过的距离为 l 时,导线 ac 中的电流是多大?方向如何? 3
解析:
MN 滑过的距离为 l 时,它与 bc 的接触点为 P,如图。由几何关系可知 MP 长度为 l ,
3
3
MP 中的感应电动势 E = 1 Blv 3
MP 段的电阻 r = 1 R 3
MacP 和 MbP 两电路的并联电阻为
rB
= 2R 9
由欧姆定律,PM 中的电流 I = E r + rB
ac 中的电流
I ac
=
2 3
I
,解得
I ac
=
2Blv 5R
根据右手定则,MP 中的感应电流的方向由 P 流向 M,所以电流 I ac 的方向由 a 流向 c。
第3页共3页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2003 年春季北京理综 30z 题(164) 2、(23 分)下图 a 是一台发电机定子中的磁场分布图,其中 N、S 是永久磁铁的两个磁
极,它们的表面呈半圆柱面形状。M 是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴。磁极与铁芯之
解析:
(1)设液体从喷口水平射出的速度为 v0 ,活塞移动的速度为 v ,由
h
=
1 2
gt
2
,
s
=
v0t
,
v0
A
=
vL2
解得 v
=
A L2
v0
=
As L2
g 2h
……①
(2)设装置功率为 P, Δt 时间内有 Δm 质量的液体从喷口射出,则
PΔt
=
1 2
Δm(v02
−
v2)
Δm = L2vΔtρ
……② ……③
Ⅰ、(14 分)现把直流电的正、负极与两铜片的引线端相连,调节 R,使 CuSO4 溶液中 产生 I = 0.21A 的电流。假设发电机的内阻可忽略不计,两铜片间的电阻 r 是恒定的。
(1)求每匝线圈中的感应电动势的大小。 (2)求可变电阻 R 与 A、B 间电阻 r 之和。 Ⅱ、(9 分,化学内容)
解析:
(1)用 e0 表示每匝线圈中的感应电动势的瞬时值,则有 e0 = BSω sinωt = 0.050 × 0.25 × 0.10 × 250sin 250tV = 0.3125sin 250tV (2)用 E 表示发电机感应电动势的有效值,则有 E = 8 × 0.3125V = 1.77V
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2002 年上海 23z 题(164) 1、如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图。一边长为 L、截面为正方
形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为 A 的小喷口,喷口离地的高度为 h,管道 中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒 a、b,其中棒 b 的两端与一电 压表相连,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中。当棒 a 中通有垂直纸面向里的恒定电流 I 时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点离喷口的水平距离为 s,若液体的 密度为ρ,不计所有阻力,求: (1)活塞移动的速度; (2)该装置的功率; (3)磁感强度 B 的大小; (4)若在实际使用中发现电压表的 读数变小,试分析其可能的原因。
由①②③三式可得
P
=
Aρ ( L4
−
A2 )s3
(
g
3
)2
2L4
2h
……④
(3)因为 P = Fv = ILBv
……⑤
由①④⑤可得 B = ρ (L4 − A2 )s 2 g 4IhL3
(4)因为 U = BLv ,所以喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,或磁场变小等
会引起电压表读数变小。
第1页共1页
后,装置 K 能使交流电变成直流电,而不改变其电压的大小。直流电的一个输出端与一可 变电阻 R 相连,可变电阻的另一端 P 是直流电的正极,直流电的另一个输出端 Q 是它的负 极。
图 c 是可用于测量阿伏加德罗常数的装置示意图,其中 A、B 是两块纯铜片,插在 CuSO4 稀溶液中,铜片与引出导线相连,引出端分别为 x 、 y 。
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2004 年天津理综 25z 题(164)磁流体发电 4、(22 分)磁流体发电是一种新型发电方式,图 1 和图 2 是其工作原理示意图。图 1
中的长方体是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为 l 、 a 、 b ,前后两个侧面是绝缘 体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,这两个电极与负载电阻 RL 相连。整个发电导
ρa bl
,电流
I 受到的安培力 FA
=
B2a2v
RL
+
ρa bl
设 F ' 为存在磁场时的摩擦阻力,依题意 F ' = v F v0
存在磁场时,由力的平衡得 abΔp = FA + F '
根据上述各式解得
E=
Bav0
1
+
B 2av0 bΔp(RL +
ρa bl
)
(3)磁流体发电机发电导管的输入功率 P = abvΔp
管处于图 2 中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为 B,方向如图所示。发电导管内有
电阻率为 ρ 的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出。由于运动的电
离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电
导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为 v0 ,电离气体所受摩擦阻 力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差 Δp 维持恒定,求:
2 R + r = E = 1.77 Ω = 8.4Ω
I 0.21
第2页共2页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2004 年春季北京理综 25z 题(164)
3、(18 分)如图所示,直角三角形导线框 abc 固定在匀强磁场中,ab 是一段长为 l、电
某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。
如图 2 所示,通道尺寸 a = 2.0m 、 b = 0.15m 、 c = 0.10m 。工作时,在通道内沿 z 轴正方向加 B = 8.0T 的匀强磁场;沿 x 轴负方向加匀强电场,使两金属板间的电压 U = 99.6V ;海水沿 y 轴方向流过通道。已知海水的电阻率 ρ = 0.20Ω������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
由能量守恒定律得 P = EI + F 'v
பைடு நூலகம்
故 P=
abv0 Δp
1
+
B 2av0 bΔp(RL +
ρa bl
)
第4页共4页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2006 年北京理综 24z 题(164) 5、(20 分)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图 1 是平静海面上
阻为 R 的均匀导线,ac 和 bc 的电阻可不计,ac 长度为 l ,磁场的磁感应强度为 B,方向垂 2
直纸面向里。现有一段长为 l 、电阻为 R 的均匀导体杆 MN 架在导线框上,开始时紧靠 ac,
2
2
然后沿 ab 方向以恒定速度 v 向 b 端滑动,滑动中始终与 ac 平行并与导线框保持良好接触。
间的缝隙中形成方向沿圆柱半径、大小近似均匀的磁场,磁感强度 B = 0.050T 。
图 b 是该发电机转子的示意图(虚线表示定子的铁芯)。矩形线框 abcd 可绕过 ad 、cb 边的中点并与图 a 中的铁芯 M 共轴的固定转轴 oo' 旋转,在旋转过程中,线框的 ab 、cd 边 始终处在图 a 所示的缝隙内的磁场中。已知 ab 边长 l1 = 25.0cm , ad 边长 l2 = 10.0cm , 线框共有 N = 8 匝导线,旋转的角速度ω = 250 / s 。将发电机的输出端接入图中的装置 K
(1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力 F 多大; (2)磁流体发电机的电动势 E 的大小; (3)磁流体发电机发电导管的输入功率 P。
解析:
(1)不存在磁场时,由力的平衡得 F = abΔp
(2)设磁场存在时的气体流速为 v ,则磁流体发电机的电动势 E = Bav
回路中的电流 I
=
Bav
RL
+
当 MN 滑过的距离为 l 时,导线 ac 中的电流是多大?方向如何? 3
解析:
MN 滑过的距离为 l 时,它与 bc 的接触点为 P,如图。由几何关系可知 MP 长度为 l ,
3
3
MP 中的感应电动势 E = 1 Blv 3
MP 段的电阻 r = 1 R 3
MacP 和 MbP 两电路的并联电阻为
rB
= 2R 9
由欧姆定律,PM 中的电流 I = E r + rB
ac 中的电流
I ac
=
2 3
I
,解得
I ac
=
2Blv 5R
根据右手定则,MP 中的感应电流的方向由 P 流向 M,所以电流 I ac 的方向由 a 流向 c。
第3页共3页
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
临湘一中物理网: http://www.shirisheng.com
第 16 章《电磁感应》压轴大题
2003 年春季北京理综 30z 题(164) 2、(23 分)下图 a 是一台发电机定子中的磁场分布图,其中 N、S 是永久磁铁的两个磁
极,它们的表面呈半圆柱面形状。M 是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴。磁极与铁芯之
解析:
(1)设液体从喷口水平射出的速度为 v0 ,活塞移动的速度为 v ,由
h
=
1 2
gt
2
,
s
=
v0t
,
v0
A
=
vL2
解得 v
=
A L2
v0
=
As L2
g 2h
……①
(2)设装置功率为 P, Δt 时间内有 Δm 质量的液体从喷口射出,则
PΔt
=
1 2
Δm(v02
−
v2)
Δm = L2vΔtρ
……② ……③
Ⅰ、(14 分)现把直流电的正、负极与两铜片的引线端相连,调节 R,使 CuSO4 溶液中 产生 I = 0.21A 的电流。假设发电机的内阻可忽略不计,两铜片间的电阻 r 是恒定的。
(1)求每匝线圈中的感应电动势的大小。 (2)求可变电阻 R 与 A、B 间电阻 r 之和。 Ⅱ、(9 分,化学内容)
解析:
(1)用 e0 表示每匝线圈中的感应电动势的瞬时值,则有 e0 = BSω sinωt = 0.050 × 0.25 × 0.10 × 250sin 250tV = 0.3125sin 250tV (2)用 E 表示发电机感应电动势的有效值,则有 E = 8 × 0.3125V = 1.77V