C.W1>W2,q1=q2D.W1>W2,q1>q2
解析:
选C.两次拉出的速度之比v1∶v2=3∶1.电动势之比E1∶E2=3∶1,电流之比I1∶I2=3∶1,则电荷量之比q1∶q2=(I1t1)∶(I2t2)=1∶1.安培力之比F1∶F2=3∶1,则外力做功之比W1∶W2=3∶1,故C正确.
5、(多选)如图所示,A、B是相同的白炽灯,L是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。
下面说法正确的是( )
A.闭合开关S时,A、B灯同时亮,且达到正常
B.闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮
C.闭合开关S时,A灯比B灯先亮,最后一样亮
D.断开开关S时,A灯与B灯同时慢慢熄灭
BD [由于自感的作用,闭合开关S时,B灯比A灯先亮,最后一样亮,选项A、C错误,B正确;断开开关S时,L中产生自感电动势,A灯与B灯同时慢慢熄灭,选项D正确。
]
6、如图所示,abcd为水平放置的平行“
”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好).则( )
A.电路中感应电动势的大小为
B.电路中感应电流的大小为
C.金属杆所受安培力的大小为
D.金属杆的热功率为
解析:
选B.金属杆的运动方向与金属杆不垂直,电路中感应电动势的大小为E=Blv(l为切割磁感线的有效长度),选项A错误;电路中感应电流的大小为I=
=
=
,选项B正确;金属杆所受安培力的大小为F=BIl′=B·
·
=
,选项C错误;金属杆的热功率为P=I2R=
·
=
,选项D错误.
7、(多选)如图所示,水平面上固定一个顶角为60°的光滑金属导轨MON,导轨处于磁感应强度大小为B,方向竖直向下的匀强磁场中。
质量为m的导体棒CD与∠MON的角平分线垂直,导轨与棒单位长度的电阻均为r。
t=0时刻,棒CD在水平外力F的作用下从O点以恒定速度v0沿∠MON的角平分线向右滑动,在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。
若棒与导轨均足够长,则( )
A.流过导体棒的电流I始终为
B.F随时间t的变化关系为F=
t
C.t0时刻导体棒的发热功率为
t0
D.撤去F后,导体棒上能产生的焦耳热为
mv
ABC [导体棒的有效切割长度L=2v0ttan30°,感应电动势E=BLv0,回路的总电阻R=
r,联立可得通过导体棒的电流I=
=
,选项A正确;导体棒受力平衡,则外力F与安培力平衡,即F=BIL,得F=
t,选项B正确;t0时刻导体棒的电阻为Rx=2v0t0tan30°·r,则导体棒的发热功率P棒=I2Rx=
t0,选项C正确;从撤去F到导体棒停下的过程,根据能量守恒定律有Q棒+Q轨=
mv
-0,得导体棒上能产生的焦耳热Q棒=
mv
-Q轨<
mv
,选项D错误。
]
8、(双选)如图所示,在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨,其间距为L,电阻不计。
在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场,在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场,两部分磁场的磁感应强度大小均为B。
ad、bc两根电阻均为R的金属棒与导轨垂直,分别位于两磁场中,现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0,在两棒达到稳定的过程中,下列说法正确的是( )
A.两金属棒组成的系统的动量守恒
B.两金属棒组成的系统的动量不守恒
C.ad棒克服安培力做功的功率等于ad棒的发热功率
D.ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和
【答案】BD [开始时,ad棒以初速度v0切割磁感线,产生感应电动势,在回路中产生顺时针方向(俯视)的感应电流,ad棒因受到向右的安培力而减速,bc棒受到向右的安培力而向右加速;当两棒的速度大小相等,即两棒因切割磁感线而产生的感应电动势相等时,回路中没有感应电流,两棒各自做匀速直线运动;由于两棒所受的安培力都向右,两金属棒组成的系统所受合外力不为零,所以该系统的动量不守恒,选项A错误,B正确;根据能量守恒定律可知,ad棒动能的减小量等于回路中产生的热量和bc棒动能的增加量,由动能定理可知,ad棒动能的减小量等于ad棒克服安培力做的功,bc棒动能的增加量等于安培力对bc棒做的功,所以ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和,选项C错误,D正确。
]
*9、如图所示,光滑斜面的倾角为θ,斜面上放置一矩形导体线框abcd,ab边的边长为l1,bc边的边长为l2,线框的质量为m,电阻为R,线框通过绝缘细线绕过光滑的定滑轮与一重物相连,重物质量为M.斜面上ef线(ef平行底边)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为B,如果线框从静止开始运动,进入磁场的最初一段时间是做匀速运动的,且线框的ab边始终平行于底边,则下列说法正确的是( )
A.线框进入磁场前运动的加速度为
B.线框进入磁场时匀速运动的速度为
C.线框做匀速运动的总时间为
D.该匀速运动过程中产生的焦耳热为(Mg-mgsinθ)l2
解析:
选D.由牛顿第二定律得,Mg-mgsinθ=(M+m)a,解得线框进入磁场前运动的加速度为
,A错误;由平衡条件,Mg-mgsinθ-F安=0,F安=BIl1,I=
,E=Bl1v,联立解得线框进入磁场时匀速运动的速度为v=
,B错误;线框做匀速运动的总时间为t=
=
,C错误;由能量守恒定律,该匀速运动过程中产生的焦耳热等于系统重力势能的减小量,为(Mg-mgsinθ)l2,D正确.
*10、(多选)一个水平固定的金属大圆环A,通有恒定的电流,方向如图所示。
现有一小金属环B自A环上方落下并穿过A环,B环在下落过程中始终保持水平,并与A环共轴,那么在B环下落过程中( )
A.B环中感应电流方向始终与A环中电流方向相反
B.B环中感应电流方向与A环中电流方向先相反后相同
C.经过A环所在平面的瞬间,B环中感应电流最大
D.经过A环所在平面的瞬间,B环中感应电流为零
BD [刚开始的下落过程,穿过B环的磁通量增加,由楞次定律可知,B环中应产生与A环中方向相反的感应电流。
当B环运动到A环下方后,随着B环的下落,穿过B环的磁通量逐渐减少,由楞次定律可知,此时B环中将产生与A环中方向相同的感应电流,故选项A错误,B正确;当B环经过A环所在平面的瞬间,此时穿过B环的磁通量最大,磁通量的变化率为零,故此时B环中的感应电流为零,选项C错误,D正确。
]
*11、图中L是线圈,D1、D2是发光二极管(电流从“+”极流入才发光).闭合S,稳定时灯泡正常发光,然后断开S瞬间,D2亮了一下后熄灭.则( )
A.如图是用来研究涡流现象的实验电路
B.开关S闭合瞬间,灯泡立即亮起来
C.开关S断开瞬间,P点电势比Q点电势高
D.干电池的左端为电源的正极
解析:
选D.题图是研究自感现象的实验电路,故A错误;开关S闭合瞬间,由于线圈的自感,灯泡逐渐变亮,故B错误;开关S断开瞬间,D2亮了一下,可知通过线圈L的电流方向为从P至Q,故D正确;开关S断开瞬间,线圈L相当于一个电源,电源内部电流从负极流向正极,所以Q点的电势高于P点的电势,故C错误.
二、非选择题
1、电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度.电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:
如图所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为θ.一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同.磁铁端面是边长为d的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,电阻率为ρ.为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g.
(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I;
(2)若两铝条的宽度均为b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式;
(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度b′>b的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化.
解析:
(1)磁铁在铝条间运动时,两根铝条受到的安培力大小相等,均为F安,有
F安=IdB①
设磁铁受到沿斜面向上的作用力为F,其大小有
F=2F安②
磁铁匀速运动时受力平衡,则有
F-mgsinθ=0③
联立①②③式可得
I=
.④
(2)磁铁在铝条间运动时,在铝条中产生的感应电动势为
E=Bdv⑤
设铝条与磁铁正对部分的电阻为R,由电阻定律有
R=ρ
⑥
由欧姆定律有
I=
⑦
联立④⑤⑥⑦式可得
v=
.⑧
(3)磁铁以速度v进入铝条间,恰好做匀速运动时,磁铁受到沿斜面向上的作用力F,联立①②⑤⑥⑦式可得
F=
⑨
当铝条的宽度b′>b时,磁铁以速度v进入铝条间时,磁铁受到的作用力变为F′,有F′=
可见,F′>F=mgsinθ,磁铁所受到的合力方向沿斜面向上,获得与运动方向相反的加速度,磁铁将减速下滑,此时加速度最大.之后,随着运动速度减小,F′也随着减小,磁铁所受的合力也减小,由于磁铁加速度与所受到的合力成正比,磁铁的加速度逐渐减小,综上所述,磁铁做加速度逐渐减小的减速运动.直到F′=mgsinθ时,磁铁重新达到平衡状态,以较小的速度匀速下滑.
答案:
见解析
2、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:
甲 乙
(1)求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,求此时全电路电流的方向(顺时针还是逆时针)?
(3)闭合S,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率?
(4)闭合S,电路中的电流稳定后,求电容器的电荷量?
[解析]
(1)根据法拉第电磁感应定律:
E=
=n·S
代入数据解得:
E=1500×2×10-3×
=1.2V。
(2)(3)根据全电路欧姆定律I=
=0.12A
根据P=I2R1求得P=5.76×10-2W
根据楞次定律知,电流方向为逆时针。
(4)S断开后,电容器两端的电压U=IR2=0.6V
电容器的电荷量Q=CU=1.8×10-5C。
[答案]
(1)螺线管中产生的感应电动势为1.2V
(2)全电路电流的方向为逆时针
(3)电阻R1的电功率为5.76×10-2W
(4)电容器的电荷量为1.8×10-5C