2024-2025學年高中物理選擇性必修2（第1-5章）隨堂練習試題（含答案）

2024-2025學年高中物理選擇性必修2（第1-5章）隨堂練習試題第一章安培力與洛倫茲力1.磁場對通電導線的作用力1．圖1.1-9的磁場中有一條通電導線，其方向與磁場方向垂直。圖1.1-9甲、乙、丙分別標明了電流、磁感應強度和安培力三個量中的兩個量的方向，試畫出第三個量的方向。（用“·”表示磁感線垂直于紙面向外，“×”表示磁感線垂直于紙面向里，“⊙”表示電流垂直于紙面向外，“”表示電流垂直于紙面向里。）2.在圖1.1-10中畫出通電導體棒ab所受的安培力的方向。3．圖1.1-11所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應強度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強磁場內(nèi)，磁感應強度B的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達到新的平衡。（1）導出用n、m、l、I表示磁感應強度B的表達式。（2）當n＝9，l＝10.0cm，I＝0.10A，m＝8.78g時，磁感應強度是多少？4．有人做了一個如圖1.1-12所示的實驗：把一根柔軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸，觀察通電后的現(xiàn)象。請你分析一下，通電后有可能發(fā)生怎樣的現(xiàn)象？2.磁場對運動電荷的作用力1.電子的速率v＝3.0×106m/s，沿著與磁場垂直的方向射入B＝0.10T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力多大？2.試判斷圖1.2-10所示的帶電粒子剛進入磁場時所受到的洛倫茲力的方向。3.在圖1.2-11所示的平行板器件中，電場強度E和磁感應強度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，所以叫作速度選擇器。試證明帶電粒子具有速度v＝E/B時，才能沿著圖示虛線路徑通過這個速度選擇器。4.一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖1.2-12所示。平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極。（1）A、B板哪一個是電源的正極?（2）若A、B兩板相距為d，板間的磁場按勻強磁場處理，磁感應強度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，這個發(fā)電機的電動勢是多大？5.我們已經(jīng)知道，垂直于勻強磁場磁感線的通電導線所受的安培力F＝ILB，由此，我們用B＝eq\f(F,IL)來定義磁感應強度。同樣，運動方向垂直于勻強磁場磁感線的帶電粒子所受的洛倫茲力F＝qvB，由此也可以用洛倫茲力來定義磁感應強度，這樣得到磁感應強度的定義式是怎樣的？把這個定義式與電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)進行對比，這兩個定義式的差別在哪里？通過對這兩個定義式的對比，你能獲得哪些認識？3.帶電粒子在勻強磁場中的運動例題.一個質(zhì)量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-19C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場垂直的方向射入磁感應強度為0.2T的勻強磁場。求：（1）粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；（2）粒子在磁場中運動的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運動的周期。1.電子以1.6×106m/s的速度沿著與磁場垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的勻強磁場中。求電子做勻速圓周運動的軌道半徑和周期。2.已知氚核的質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的3倍，帶正電荷，電荷量為一個元電荷；α粒子即氦原子核，質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的4倍，帶正電荷，電荷量為e的2倍?，F(xiàn)在質(zhì)子、氚核和α粒子在同一勻強磁場中做勻速圓周運動。求下列情況中它們運動的半徑之比：（1）它們的速度大小相等；（2）它們由靜止經(jīng)過相同的加速電場加速后進入磁場。3.如圖1.3-5所示，一個質(zhì)量為m、帶負電荷粒子電荷量為q、不計重力的帶電粒子從x軸上的P點以速度v沿與x軸成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。已知OP＝a，求：（1）勻強磁場的磁感應強度B的大??；（2）帶電粒子穿過第一象限所用的時間。4.質(zhì)譜儀與回旋加速器1.A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場由靜止開始加速，然后沿著與磁場垂直的方向進入同一勻強磁場，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運動軌跡的直徑之比是1.08∶1，求A、B的質(zhì)量之比。2.回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強磁場的磁感應強度為B。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為0開始加速。根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)，估算該粒子離開回旋加速器時獲得的動能。3.如圖1.4-4所示，一束電子以垂直于磁感應強度B并垂直于磁場邊界的速度v射入寬度為d的勻強磁場中，穿出磁場時速度方向和原來射入方向的夾角為θ＝60°，求電子的比荷和穿越磁場的時間。4.回旋加速器兩個D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩盒放在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近。若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為R，求：（1）粒子在盒內(nèi)做何種運動；（2）所加交流電源的頻率；（3）粒子加速后獲得的最大動能。復習與提高A組1.有人說：“通電導線放在磁感應強度為0的位置上，所受的安培力一定為0，因此，當某位置的通電導線不受安培力時，該位置的磁感應強度一定為0?！蹦阏J為他說的話對嗎？為什么？2．把一根通電的硬導線放在磁場中，導線所在區(qū)域的磁感線呈弧形，如圖1-1所示。導線可以在空中自由移動和轉動，導線中的電流方向由a向b。（1）描述導線的運動情況。（2）虛線框內(nèi)有產(chǎn)生以上弧形磁感線的磁場源，它可能是條形磁體、蹄形磁體、通電螺線管、直線電流。請你分別按每種可能考慮，大致畫出它們的安放位置。3.如圖1-2所示，把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面。當線圈內(nèi)通以圖示方向的電流后，線圈的運動情況怎樣？請用以下兩種方法分析：（1）把整個線圈看成一個通電螺線管。（2）把線圈截成許多小段，每小段視為通電直導線，分析磁場對各小段導線的作用力。4．如圖1-3所示，長為2l的直導線折成邊長相等、夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應強度為B。當在導線中通以電流I時，該V形通電導線受到的安培力為多大？5.一束粒子中有帶正電的，有帶負電的，還有不帶電的。要想把它們分開，可以用哪些辦法？6.質(zhì)子和α粒子在同一勻強磁場中做半徑相同的圓周運動。求質(zhì)子的動能和α粒子的動能之比。7.如圖1-4所示，質(zhì)量為m、長為l的直導線用兩絕緣細線懸掛于O、O′，并處于勻強磁場中。當導線中通以沿x軸正方向的電流I，且導線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為θ。有以下三種磁感應強度方向：（1）沿z軸正方向；（2）沿y軸正方向；（3）沿懸線向上。請判斷哪些是可能的，可能時其磁感應強度大小是多少？如果不可能，請說明原因。復習與提高B組1.如圖1-5所示，金屬桿ab的質(zhì)量為m，長為l，通過的電流為I，處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向與導軌平面為θ角斜向上，結果ab靜止于水平導軌上。求：（1）金屬桿ab受到的摩擦力；（2）金屬桿對導軌的壓力。2.如圖1-6所示，寬為l的光滑導軌與水平面成α角，質(zhì)量為m、長為l的金屬桿水平放置在導軌上?？臻g存在著勻強磁場，當回路總電流為I1時，金屬桿恰好能靜止。求：（1）磁感應強度B至少有多大？此時方向如何？（2）若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？3.利用學過的知識，請你想辦法把下面的帶電粒子束分開：a.速度不同的電子；b.具有相同動能的質(zhì)子和α粒子（α粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子組成，質(zhì)子與α粒子的比荷不同）。4.真空區(qū)域有寬度為l、磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向如圖1-7所示，MN、PQ是磁場的邊界。質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子（不計重力）沿著與MN夾角θ為30°的方向射入磁場中，剛好沒能從PQ邊界射出磁場。求粒子射入磁場的速度大小及在磁場中運動的時間。5.某一具有速度選擇器的質(zhì)譜儀原理如圖1-8所示，A為粒子加速器，加速電壓為U1；B為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應強度為B1，兩板間距離為d；C為偏轉分離器，磁感應強度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正粒子（不計重力），經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做勻速圓周運動。求：（1）粒子的速度v為多少？（2）速度選擇器兩板間電壓U2為多少？（3）粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？第二章電磁感應1.楞次定律1.在圖2.1-9中，線圈M和線圈P繞在同一個鐵芯上。（1）當閉合開關S的一瞬間，線圈P中感應電流的方向如何？（2）當斷開開關S的一瞬間，線圈P中感應電流的方向如何？2.在圖2.1-10中CDEF是金屬框，框內(nèi)存在著如圖所示的勻強磁場。當導體AB向右移動時，請用楞次定律判斷MNCD和MNFE兩個電路中感應電流的方向。3.如圖2.1-11所示，導線AB與CD平行。試判斷在閉合與斷開開關S時，導線CD中感應電流的方向，說明你判斷的理由。4.如圖2.1-12所示，在水平放置的條形磁鐵的N極附近，一個閉合線圈豎直向下運動并始終保持水平。在位置B，N極附近的磁感線正好與線圈平面平行，A、B之間和B、C之間的距離都比較小。試判斷線圈在位置A、B、C時感應電流的方向，說明你判斷的理由。5.圖2.1-13中的A和B都是鋁環(huán)，A環(huán)是閉合的，B環(huán)是斷開的，橫梁可以繞中間的支點轉動。某人在實驗時，用磁鐵的任意一極移近A環(huán)，A環(huán)都會被推斥，把磁鐵遠離A環(huán)，A環(huán)又會被磁鐵吸引。但磁極移近或遠離B環(huán)時，卻沒有發(fā)現(xiàn)與A環(huán)相同的現(xiàn)象。這是為什么？2.法拉第電磁感應定律1.有一個1000匝的線圈，在0.4s內(nèi)通過它的磁通量從0.02Wb增加到0.09Wb，求線圈中的感應電動勢。如果線圈的電阻是10Ω，把一個電阻為990Ω的電熱器連接在它的兩端，通過電熱器的電流是多大？2.當航天飛機在環(huán)繞地球的軌道上飛行時，從中釋放一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星與航天飛機速度相同，兩者用導電纜繩相連。這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星，利用它可以進行多種科學實驗?，F(xiàn)有一繩系衛(wèi)星在地球赤道上空沿東西方向運行。衛(wèi)星位于航天飛機的正上方，它與航天飛機之間的距離是20.5km，衛(wèi)星所在位置的地磁場B＝4.6×10-5T，沿水平方向由南向北。如果航天飛機和衛(wèi)星的運行速度都是7.6km/s，求纜繩中的感應電動勢。3.動圈式揚聲器的結構如圖2.2-5所示。線圈圓筒安放在永磁體磁極間的空隙中，能夠在空隙中左右運動。音頻電流通進線圈，安培力使線圈左右運動。紙盆與線圈連接，隨著線圈振動而發(fā)聲。這樣的揚聲器能不能當作話筒使用？也就是說，如果我們對著紙盆說話，揚聲器能不能把聲音變成相應的電流？為什么？4.如圖2.2-6，矩形線圈在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉動時，線圈中的感應電動勢是否變化？為什么？設線圈的兩個邊長分別是l1和l2，轉動時角速度是ω，磁場的磁感應強度為B。試證明：在圖示位置時，線圈中的感應電動勢為E＝BSω，式中1＝l1l2，為線圈面積。5.圖2.2-7是電磁流量計的示意圖。圓管由非磁性材料制成，空間有勻強磁場。當管中的導電液體流過磁場區(qū)域時，測出管壁上M、N兩點間的電勢差U，就可以知道管中液體的流量Q——單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積。已知管的直徑為d，磁感應強度為B，試推出Q與U關系的表達式。假定管中各處液體的流速相同。電磁流量計的管道內(nèi)沒有任何阻礙液體流動的結構，所以常用來測量高黏度及強腐蝕性流體的流量。它的優(yōu)點是測量范圍寬、反應快、易與其他自動控制裝置配套。6.一長為l的導體棒在磁感應強度為B的勻強磁場中繞其一端以角速度ω在垂直于磁場的平面內(nèi)勻速轉動（圖2.2-8），求ab兩端產(chǎn)生的感應電動勢。3.渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動1.有一個銅盤，輕輕撥動它，能長時間地繞軸自由轉動。如果在轉動時把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤的邊緣，但并不與銅盤接觸（圖2.3-13），銅盤就能在較短的時間內(nèi)停止。分析這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。2.如圖2.3-14所示，彈簧上端固定，下端懸掛一個磁鐵。將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一個固定的閉合線圈，使磁極上下振動時穿過它，磁鐵就會很快地停下來。分析這個現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，并說明此現(xiàn)象中能量轉化的情況。3.在科技館中?？吹竭@樣的表演：一根長1m左右的空心鋁管豎直放置（圖2.3-15甲），把一枚磁性比較強的小圓柱形永磁體從鋁管上端放入管口，圓柱直徑略小于鋁管的內(nèi)徑。根據(jù)一般經(jīng)驗，小圓柱自由下落1m左右的時間不會超過0.5s，但把小圓柱從上端放入管中后，過了許久它才從鋁管下端落出。小圓柱在管內(nèi)運動時，沒有感覺到它跟鋁管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，把小圓柱靠著鋁管，也不見它們相互吸引。是什么原因使小圓柱在鋁管中緩慢下落呢？如果換用一條有裂縫的鋁管（圖2.3-15乙），圓柱在鋁管中的下落就變快了。這又是為什么？4.人造衛(wèi)星繞地球運行時，軌道各處的地磁場的強弱并不相同，因此，金屬外殼的人造地球衛(wèi)星運行時，外殼中總有感應電流。分析這一現(xiàn)象中的能量轉化情形。它對衛(wèi)星的運動可能產(chǎn)生怎樣的影響？5.如圖2.3-16所示，水平放置的絕緣桌面上有一個金屬圓環(huán)，圓心的正上方有一個豎直的條形磁鐵。請通過分析形成以下結論：把條形磁鐵向水平方向移動時，金屬圓環(huán)將受到水平方向運動的驅(qū)動力，驅(qū)動力的方向跟條形磁鐵運動的方向相同。4.互感和自感1.圖2.4-7是一種延時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B兩端連在一起，構成一個閉合電路。在斷開開關S的時候，彈簧K并不會立刻將銜鐵D拉起而使觸頭C（連接工作電路）離開，而是過一小段時間后才執(zhí)行這個動作。延時繼電器就是因此而得名的。（1）請解釋：當開關S斷開后，為什么電磁鐵還會繼續(xù)吸住銜鐵一小段時間？（2）如果線圈B不閉合，是否會對延時效果產(chǎn)生影響？為什么？2.李輝用多用表的歐姆擋測量一個變壓器線圈的電阻，以判斷它是否斷路。劉偉為了使李輝測量方便，沒有注意操作的規(guī)范，用兩手分別握住線圈裸露的兩端讓李輝測量。測量時表針擺過了一定角度，李輝由此確認線圈沒有斷路。正當李輝把多用表的表筆與被測線圈脫離時，劉偉突然驚叫起來，覺得有電擊感（圖2.4-8）。李輝很奇怪，用手摸摸線圈兩端，沒有什么感覺，再摸摸多用表的兩支表筆，也沒有什么感覺。這是什么原因？3.如圖2.4-9所示，L是自感系數(shù)很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為0。A和B是兩個相同的小燈泡。（1）當開關S由斷開變?yōu)殚]合時，A、B兩個燈泡的亮度將如何變化？請作出解釋。（2）當開關S由閉合變?yōu)閿嚅_時，A、B兩個燈泡的亮度又將如何變化？請作出解釋。復習與提高A組1.如圖2-1所示，條形磁鐵以某一速度v向螺線管靠近，此時螺線管中是否產(chǎn)生感應電流？如果產(chǎn)生，感應電流的方向是怎樣的？2.如圖2-2所示，在豎直向下的勻強磁場中，將一個水平放置的金屬棒ab以某一水平速度拋出，金屬棒在運動過程中始終保持水平。不計空氣阻力，金屬棒在運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢大小和方向會發(fā)生變化嗎？說明理由。3.有一邊長l＝0.1m的正方形導線框abcd，質(zhì)量m＝10g，由高度h＝0.2m處自由下落，如圖2-3所示。其下邊ab進入勻強磁場區(qū)域后，線圈開始做勻速運動，直到其上邊dc剛剛開始穿出勻強磁場為止，此勻強磁場區(qū)域?qū)挾纫彩莑。求線框在穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱。g取10m/s2。4.如圖2-4所示，在勻強磁場中有一個線圈。（1）當線圈分別以P1和P2為軸按逆時針方向轉動時，在圖中位置，感應電流的方向各是怎樣的？（2）當角速度恒定時，上述兩種情況下感應電流的大小有什么關系？（3）若角速度恒定，在圖中位置，感應電動勢的大小跟線圈面積有何關系？（4）設磁感應強度B為0.15T，AB為10cm，BC為4cm，角速度120rad/s，求以P1和P2為轉軸時感應電動勢的最大值。5.如圖2-5所示，a、b兩個閉合線圈用同樣的導線制成，匝數(shù)均為10匝，半徑ra＝2rb，圖示區(qū)域內(nèi)有勻強磁場，且磁感應強度隨時間均勻減小。（1）a、b線圈中產(chǎn)生的感應電動勢之比Ea∶Eb是多少？（2）兩線圈中感應電流之比Ia∶Ib是多少？6.如圖2-6所示，電阻Rab為0.1Ω的導體棒ab沿光滑導線框向右做勻速運動，線框中接有電阻R為0.4Ω。線框放在磁感應強度B為0.1T的勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面。導體棒ab的長度l為0.4m，運動的速度v為5m/s。線框的電阻不計。（1）電路abcd中哪部分相當于電源？電動勢多大？內(nèi)阻多大？哪個位置相當于電源的正極？哪一部分相當于閉合電路中的外電路？（2）ab棒向右運動時所受的安培力有多大？（3）ab棒所受安培力的功率有多大？電阻R的發(fā)熱功率有多大？電阻Rab發(fā)熱功率有多大？從能的轉化和守恒角度說一說這三個功率關系的含義。7.在豎直方向的勻強磁場中，水平放置一圓形導體環(huán)。規(guī)定導體環(huán)中電流的正方向如圖2-7甲所示，磁場向上為正。當磁感應強度B隨時間t按乙圖變化時，請畫出導體環(huán)中感應電流隨時間變化的圖像。復習與提高B組1.國慶閱兵時,我國的JH-7型殲擊轟炸機在天安門上空沿水平方向自東向西呼嘯而過。該機的翼展為12.7m，北京地區(qū)地磁場的豎直分量為4.7×10-5T，該機水平飛過天安門時的速度為聲速的0.7倍，求該機兩翼端的電勢差。哪端的電勢比較高？2.如圖2-8，單匝線圈ABCD在外力作用下以速度v向右勻速進入勻強磁場，第二次又以2v勻速進入同一勻強磁場。求：（1）第二次進入與第一次進入時線圈中電流之比；（2）第二次進入與第一次進入時外力做功的功率之比；（3）第二次進入與第一次進入過程中線圈產(chǎn)生熱量之比。3.如圖2-9所示，固定在勻強磁場中的正方形導線框abcd邊長為l，其中ab邊是電阻為R的均勻電阻絲，其余三邊是電阻可忽略的銅導線，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于紙面向里?，F(xiàn)有一段長短、粗細、材料均與ab邊相同的電阻絲PQ架在線框上，并以恒定速度v從ad邊滑向bc邊。PQ在滑動過程中與導線框的接觸良好。當PQ滑過l/3的距離時，通過aP段電阻絲的電流是多大？4.如圖2-10所示，MN和PQ是兩根互相平行、豎直放置的光滑金屬導軌，已知導軌足夠長，且電阻不計。ab是一根與導軌垂直而且始終與導軌接觸良好的金屬桿，金屬桿具有一定質(zhì)量和電阻。開始時，將開關S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，過段時間后，再將S閉合。若從S閉合開始計時，請畫出金屬桿的速度隨時間變化的可能圖像，并結合圖像對金屬桿的受力和運動變化情況作出解釋。5.圖2-11中的A是一個邊長為l的方形導線框，其電阻為R。線框以恒定速度v沿x軸運動，并穿過圖中所示的勻強磁場區(qū)域，磁感應強度為B。如果以x軸的正方向作為安培力的正方向，線框在圖示位置的時刻開始計時，請通過計算作出線框所受的安培力隨時間變化的圖像，標明圖線關鍵位置的坐標值。6.圖2-12是法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖：銅質(zhì)圓盤安裝在水平銅軸上，圓盤位于兩磁極之間，圓盤平面與磁感線垂直。兩銅片C、D分別與轉動軸和圓盤的邊緣接觸。使圓盤轉動，電阻R中就有電流通過。（1）說明圓盤發(fā)電機的原理。（2）圓盤如圖2-12方向轉動，請判斷通過R的電流方向。（3）如果圓盤的半徑為r，勻速轉動的周期為T，圓盤全部處在一個磁感應強度為B的勻強磁場之中。請討論這個發(fā)電機的電動勢與上述物理量的關系。第三章交變電流1.交變電流1.有人說，在圖3.1-3中，線圈平面轉到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大，因而線圈中的感應電動勢最大；線圈平面跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量為0，因而感應電動勢為0。這種說法對不對？為什么？2.圖3.1-3中，設磁感應強度為0.01T，單匝線圈邊長AB為20cm，寬BC為10cm，轉速n＝50r/s，求線圈轉動時感應電動勢的最大值。3.一臺發(fā)電機產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機電動勢的峰值Em＝400V，線圈勻速轉動的角速度ω＝314rad/s，試寫出電動勢瞬時值的表達式（設0時刻電動勢瞬時值為0）。如果這個發(fā)電機的外電路只有電阻元件，總電阻為2kΩ，電路中電流的峰值為多少？寫出電流瞬時值的表達式。4.如圖3.1-9所示，KLMN是一個豎直的矩形導線框，全部處于磁感應強度為B的水平方向的勻強磁場中，線框面積為S，MN邊水平，線框繞某一豎直固定軸以角速度ω勻速轉動。在MN邊與磁場方向的夾角到達30°的時刻（圖示位置），導線框中產(chǎn)生的瞬時電動勢e的大小是多少？標出線框此時的電流方向。已知線框按俯視的逆時針方向轉動。2.交變電流的描述1.我國電網(wǎng)中交變電流的周期是0.02s，1s內(nèi)電流的方向發(fā)生多少次變化？2.一個電容器，當它的兩個極板間的電壓超過10V時，其間的電介質(zhì)就可能被破壞而不再絕緣，這個現(xiàn)象叫作電介質(zhì)的擊穿，這個擊穿電壓叫作這個電容器的耐壓值。能否把這個電容器接在正弦式交流電壓是9V的電路兩端？為什么？3.一個燈泡，上面寫著“220V40W”。當它接在正弦式交流電源上正常工作時，通過燈絲電流的峰值是多少？4.圖3.2-7是一個正弦式交變電流的波形圖。根據(jù)i-t圖像求出它的周期、頻率、電流的峰值、電流的有效值。5.有一個電熱器，工作時的電阻為50Ω，接在電壓u為Umsinωt的交流電源上，其中Um為311V，ω為100πs-1。該電熱器消耗的功率是多大？6.有A、B、C三條導線，它們與大地之間的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖3.2-8所示。這三個電壓中，它們的峰值有什么關系？它們的周期有什么關系？7.通過某交流電流表的電流i隨時間t變化的關系如圖3.2-9所示，該電流表的示數(shù)是多少？3.變壓器1.變壓器為什么不能改變恒定電流的電壓？2.有些機床（圖3.3-6）為了安全，照明電燈用的電壓是36V，這個電壓是把380V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是1440匝，副線圈是多少匝？在某次實際工作時輸入電壓只有220V，則輸出電壓是多少？3.當變壓器的一個線圈的匝數(shù)已知時，可以用下面的方法測量其他線圈的匝數(shù)：把被測線圈作為原線圈，用匝數(shù)已知的線圈作為副線圈，通入交變電流，測出兩線圈的電壓，就可以求出被測線圈的匝數(shù)。已知副線圈有400匝，把原線圈接到220V的交流電路中，測得副線圈的電壓是55V，求原線圈的匝數(shù)。4.變壓器線圈中的電流越大，所用的導線應當越粗。街頭見到的變壓器是降壓變壓器，假設它只有一個原線圈和一個副線圈，哪個線圈應該使用較粗的導線？為什么？5.圖3.3-7是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負載變化時輸入電壓不會有大的波動。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻，當用電器增加時，相當于R的值減?。ɑ瑒悠蛳乱疲?。如果變壓器上的能量損失可以忽略，當用戶的用電器增加時，圖中各表的讀數(shù)如何變化？4.電能的輸送1.采用110kV高壓輸電，輸送電功率為4800kW的電能，輸電導線中的電流是多少？如果用110V電壓輸送同樣功率的電能，輸電導線中電流是多少？我們在初中曾經(jīng)做過類似的題目，那時是用直流電路的知識來處理的。在純電阻的交流電路中，同樣有公式U＝IR和P＝UI。想想看，這里的U和I的含義與初中有什么不同？2.以下是一段關于輸電線損失功率的推導。將電能從發(fā)電站送到用戶，在輸電線上會損失一部分功率。設輸電電壓為U，則功率損失為P損＝UI（1）而U＝IR（2）將（2）式代入（1）式，得到P損＝U2/R（3）由（3）式可知，要減小功率損失P損，就應當用低壓送電和增大輸電線的電阻R。這段推導錯在哪里？3.從發(fā)電站輸出的功率為200kW，輸電線的總電阻為0.05Ω，用1100V和11kV兩種電壓輸電。試估算兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失。4.如果用220V和11kV兩種電壓來輸電，設輸送的電功率、輸電線上功率損失、導線的長度和電阻率都相同，求導線的橫截面積之比。5.某個小水電站發(fā)電機的輸出功率為100kW，發(fā)電機的電壓為250V。通過升壓變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線的總電阻為8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220V。要求在輸電線上損失的功率控制在5kW（即用戶得到的功率為95kW）。請你設計兩個變壓器的匝數(shù)比。為此，請你計算：（1）降壓變壓器輸出的電流為多少？輸電線上通過的電流是多少？（2）輸電線損失的電壓為多少？升壓變壓器輸出的電壓是多少？（3）兩個變壓器的匝數(shù)比各應等于多少？復習與提高A組1.下列各情況中，線圈都以角速度ω繞圖3-1中的轉動軸勻速轉動，能產(chǎn)生交變電流的是哪些？請簡述理由。2.有一個教學用的可拆變壓器，它的原、副線圈外部還可以繞線?，F(xiàn)在要測定原、副線圈的匝數(shù)，除有一根足夠長的絕緣導線外，還需要什么器材？簡要說明實驗過程和原理。3.在有效值為220V的交流電路中，接入50Ω的電阻，電流的有效值和最大值各是多少？這時消耗的功率是多少？4.晚會上裝飾著120個彩色小電燈，每個小燈泡的額定電壓都是4V，工作電流都是0.1A，它們并聯(lián)在一起，由一臺變壓器供電，小彩燈正常發(fā)光。變壓器的原線圈接在220V的照明電路上，求通過原線圈的電流。5.下列引號中的文字，是某同學說的一個結論，請你幫他分析這個結論錯在哪里?！白儔浩鞯脑⒏本€圈之間并未直接用導線相連，而是靠線圈中磁通量的變化傳輸功率，因此，能量在傳輸過程中不會有損失，變壓器也不會發(fā)熱?！?.A、B是兩個完全相同的電熱器，A通以圖3-2甲所示的方波交變電流，B通以圖3-2乙所示的正弦交變電流。兩電熱器的電功率之比PA∶PB等于多少？復習與提高B組1.面積均為S的兩個電阻相同的線圈，分別放在如圖3-3甲、乙所示的磁場中。甲圖中是磁感應強度為B0的勻強磁場，線圈在磁場中以周期T繞OO′軸勻速轉動；乙圖中磁場變化規(guī)律為B＝B0cos2πTt，從圖示位置開始計時。請比較兩個線圈：（1）磁通量的變化規(guī)律；（2）感應電動勢的變化規(guī)律。2.圖3-4甲是某燃氣灶點火裝置的原理圖。轉換器將直流電壓轉換為圖3-4乙所示的正弦交流電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體，求：（1）圖中開關閉合時電壓表的示數(shù)；（2）變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關系才能實現(xiàn)點火？3.如圖3-5所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側接在電壓為220V的正弦交流電源上，求：（1）副線圈回路中電阻兩端的電壓；（2）原、副線圈回路中電阻消耗的功率之比。4.圖3-6為某人設計的電吹風電路圖，a、b、c、d為四個固定觸點?？蓜拥纳刃谓饘儆|片P可同時接觸兩個觸點。觸片P處于不同位置時，電吹風可處于停機、吹熱風和吹冷風三種工作狀態(tài)。n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)。該電吹風的各項參數(shù)如下表所示。（1）吹冷風時觸片P位于怎樣的位置？請在圖中標注。（2）由表格中數(shù)據(jù)計算出小風扇的內(nèi)阻是多少？（3）變壓器原、副線圈的匝數(shù)比nl∶n2是多少？5.有一條河流，河水流量為4m3/s，落差為5m?，F(xiàn)利用它來發(fā)電，水電站的總效率為50%，發(fā)電機的輸出電壓為350V。水電站到用戶之間要進行遠距離輸電，兩地間輸電線的總電阻為4Ω，允許輸電線上損耗的功率為發(fā)電機輸出功率的5%，用戶所需要電壓為220V，認為所用的變壓器都是理想變壓器，求升壓、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，g取10m/s2。6.如圖3-7所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉動，外電路電阻為R。當線圈由圖示位置轉過90°的過程中，求：（1）通過電阻R的電荷量q；（2）電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q。第四章電磁振蕩與電磁波1.電磁振蕩1.一個LC電路產(chǎn)生電磁振蕩。以橫坐標軸表示時間，縱坐標軸既表示電流又表示電壓，試在同一坐標系內(nèi)，從某一次放電開始，畫出該電路中電流和電容器兩極板間電壓隨時間變化的i-t圖像和u-t圖像。2.在上題圖像中的一周期內(nèi)，哪段時間電場能在增大？電場能最大時電流和電壓的大小有什么特點？哪段時間磁場能在增大，磁場能最大時電流和電壓的大小有什么特點？3.某收音機中的LC電路，由固定線圈和可調(diào)電容器組成，能夠產(chǎn)生535kHz到1605kHz的電磁振蕩?？烧{(diào)電容器的最大電容和最小電容之比是多少？固定線圈的自感系數(shù)是多少？4.為了測量儲罐中不導電液體的高度，將與儲罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構成的電容C置于儲罐中，電容C可通過開關S與電感L或電源相連，如圖4.1-5所示。當開關從a撥到b時，由電感L與電容C構成的回路中產(chǎn)生振蕩電流。現(xiàn)知道平行板電容器極板面積一定、兩極板間距離一定的條件下，平行板電容器的電容與兩極板間是否有電介質(zhì)存在著確定的關系，當兩極板間充入電介質(zhì)時，電容增大。問：當儲罐內(nèi)的液面高度降低時，所測得的LC回路振蕩電流的頻率如何變化？2.電磁場與電磁波1.“變化的磁場產(chǎn)生電場”，這是麥克斯韋電磁場理論的重要支柱之一。請你通過相關的實驗事實和一定的邏輯推理，說明這個結論的正確性。2.赫茲在1886年做了一個有名的實驗，證明了電磁波的存在。他把環(huán)狀導線的兩端各固定一個金屬小球，兩小球之間有一很小間隙，他把這個裝置放在一個距離正在放電發(fā)生電火花的感應圈不遠的地方，令他振奮的現(xiàn)象發(fā)生了。他當時看到了什么現(xiàn)象？為什么說這個現(xiàn)象讓他捕捉到了電磁波？3.你能否用生活中的例子說明電磁波的存在？4.我們通常聽到的聲音是靠聲波來傳播的，而手機接收的是電磁波。請你小結一下：聲波和電磁波有哪些地方是相同的？有哪些地方存在著差異？3.無線電波的發(fā)射和接收1.有4個容易混淆的名詞：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、解調(diào)。請設計一個結構圖來表明它們的關系，并說明調(diào)幅與調(diào)頻的區(qū)別。2.請向你的同學描述：調(diào)幅波（經(jīng)調(diào)幅后的電磁波）圖像的形狀是怎樣的？描述時，要求用到“載波”“音頻信號”這兩個名詞。3.我國第一顆人造衛(wèi)星用20.009MHz和19.995MHz的電磁波發(fā)送信號，求這兩種電磁波的波長。4.某同學自己繞制天線線圈，制作一個最簡單的收音機，用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個頻率最高的中波電臺收不到，但可以接收其他中波電臺。為了收到這個電臺，他應該增加還是減少線圈的匝數(shù)？說明理由。4.電磁波譜1.我們根據(jù)什么說電磁波是一種物質(zhì)？2.波長為0.6μm的紅光，從10m外的交通信號燈傳到你的眼睛，大約需要多長時間？這個距離是波長的多少倍？3．某雷達站正在跟蹤一架飛機，此時飛機正朝著雷達站方向勻速飛來。某一時刻雷達發(fā)出一個無線電脈沖，經(jīng)200μs后收到反射波；隔0.8s后再發(fā)出一個脈沖，經(jīng)198μs收到反射波。求飛機的飛行速度。4.除了可見光外，紅外線、紫外線、無線電波（中波、短波、微波）、X射線、γ射線，都是電磁波大家族的成員。請在這些看不見的電磁波中，每種選一個與你關系最密切的，或者令你印象最深的實例，按照波長由長至短的順序列舉出來。5.在長長的電磁波譜中，能夠引起視覺的只是波長為400760nm這樣很窄的一部分。有趣的是，太陽輻射的各種波長的電磁波中，也是這部分最強。你怎樣解釋這種“巧合”？復習與提高A組1．如圖4-1所示，在磁感應強度B隨時間t變化的以下四種磁場中，哪些是能產(chǎn)生電場的？哪些是能產(chǎn)生電磁波的？說明你判斷的理由。2.廣播電臺的短波、家用微波爐的微波、DVD機的激光（可見光）、人體透視用的X射線，它們的頻率分別為f1、f2、f3、f4，請將它們按照頻率由小到大排列。3.如圖4-2所示，i-t圖像表示LC振蕩電路的電流隨時間變化的圖像。在t＝0時刻，回路中電容器的M板帶正電。在某段時間里，回路的磁場能在減小，而M板仍帶正電，則這段時間對應圖像中哪一段？4.已知手機單端天線的長度為載波波長的eq\f(1,4)時，其感應電動勢在天線中將達到最大值。如果手機接收信號的載波頻率為8.00×108Hz，這種手機的天線應設計為多長？復習與提高B組1.如圖4-3所示，線圈的自感系數(shù)0.1H，電容器的電容40μF，電阻R的阻值3Ω，電源電動勢1.5V，內(nèi)阻不計。閉合開關S，待電路達到穩(wěn)定狀態(tài)后斷開開關S，LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩。如果規(guī)定線圈中的電流方向從a到b為正，斷開開關的時刻t＝0，請畫出電感線圈中電流i隨時間t變化的圖像，并標明關鍵點的坐標值。2.回旋加速器中的磁感應強度為B，被加速的粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，用LC振蕩器作為帶電粒子加速的交流高頻電源，電感L和電容C的數(shù)值應該滿足什么條件？3.有波長分別為290m、397m、566m的無線電波同時傳向收音機的接收天線，當把收音機的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756kHz時，問：（1）哪種波長的無線電波在收音機中產(chǎn)生的振蕩電流最強？（2）如果想接收到波長為290m的無線電波，應該把調(diào)諧電路中可調(diào)電容器的電容調(diào)大一些還是調(diào)小一些？4.如圖4-4，LC電路中，電容C為0.4μF，電感L為1mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開關S斷開時，極板間有一帶電灰塵恰好靜止。當開關S閉合時，灰塵在電容器內(nèi)運動，g取10m/s2。求：（1）從S閉合開始計時，經(jīng)2π×10-5s時，電容器內(nèi)灰塵的加速度大小為多少？（2）當灰塵的加速度多大時，線圈中電流最大？5.某高速公路自動測速裝置如圖4-5甲所示，雷達向汽車駛來的方向發(fā)射脈沖電磁波，每次發(fā)射時間約為10-6s，相鄰兩次發(fā)射時間間隔為t。當雷達向汽車發(fā)射電磁波時，在顯示屏上呈現(xiàn)出一個尖形波；在接收到反射回來的無線電波時，在顯示屏上呈現(xiàn)出第二個尖形波。根據(jù)兩個波在顯示屏上的距離，可以計算出汽車至雷達的距離。顯示屏如圖4-5乙所示，請根據(jù)圖中t1、t、t2的意義，結合光速c求出汽車車速的表達式。第五章傳感器1.認識傳感器1.什么是傳感器？它的作用是什么？簡述一下你對傳感器的認識和理解。2.請列舉一個你認為很“神奇”的利用傳感器工作的例子，簡單說明它的原理。3.以下工作中，你認為要用什么傳感器？（1）讓孵化器在一定溫度下孵化禽蛋；（2）電梯超出負載時，發(fā)出報警提示；（3）使汽車排放符合國家標準的尾氣。2.常見傳感器的工作原理及應用1.按照你對以下幾種傳感器的理解，填寫下面的表格。2.圖5.2-14是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。這種傳感器可以把被測物體位移的大小轉換為線圈自感系數(shù)的大小，請定性說明它的工作原理，并嘗試設計與線圈3相連的電路。3.電飯鍋中應用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點是：常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里點”。電飯鍋的結構如圖5.2-15所示，請結合溫度傳感器的特點回答以下問題：（1）開始煮飯時為什么要壓下開關按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復到圖示狀態(tài)？為什么？（2）煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)還有一定水分時，為什么鍋的溫度會保持100℃而不會持續(xù)升高？（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？3.利用傳感器制作簡單的自動控制裝置1.某同學設計了一個加速度計，如圖5.3-6所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，當P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側偏轉。將框架固定在運動的物體上，當物體具有圖示方向的加速度a時，電壓表的指針將向哪個方向偏轉?簡述你分析的過程。2.雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動器里就有一個雙金屬溫度傳感器（圖5.3-7）。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構成一對觸點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點之間的距離，使溫度升高到60℃時兩觸點恰好接通。請你利用這個雙金屬溫度傳感器，設計一個電熱水器自動加熱的控制方案。當水溫低于60℃時自動通電加熱，高于60℃時自動斷電。3.工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當有光照射時，二極管導通，沒有光照時，二極管截止）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關，使機床停止工作，避免事故發(fā)生。請簡述光控繼電器的原理。復習與提高A組1.在公共場所裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。你認為，手靠近干手機使傳感器工作，可能的原因是什么？簡述你的理由。2.全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該裝置采用的可能是下列哪種類型的傳感器？簡述你的理由。A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.生物傳感器D.紅外線傳感器3.有一種路燈自動控制裝置，用光敏電阻作為傳感器，自動控制路燈的接通與斷開。光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認為，照射光較強（如白天）時電阻幾乎為0；照射光較弱（如黑天）時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉，黑夜打開。電磁開關的內(nèi)部結構如圖5-1所示。1、2兩接線柱連接勵磁線圈，3、4兩接線柱相當于路燈的開關，分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于某個值時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；當勵磁線圈中電流小于某個值時，3、4接通?，F(xiàn)有以下器材：勵磁線圈電源E1、路燈電源E2、路燈燈泡、勵磁線圈限流保護電阻R0、光敏電阻R1、電磁開關、導線開關等。利用以上器材設計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。畫電路圖時，光敏電阻符號是，電磁開關符號是，其他器材使用規(guī)范的電路符號。4.圖5-2為電熨斗構造的示意圖，其中溫度敏感元件是雙金屬片，在溫度升高時上層金屬的膨脹大于下層金屬，可造成雙金屬片的形變。觀察電熨斗的構造，并回答下列問題：（1）常溫下，電熨斗的上下觸點應當是接觸的還是分離的？當溫度過高時雙金屬片將怎樣起作用？（2）熨燙棉麻衣物需要設定較高的溫度，熨燙絲綢衣物需要設定較低的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？復習與提高B組1.調(diào)查你家里的用電器，填寫下列各用電器中可能選用的傳感器（用“√”表示選用），說明它們各自的作用。2.為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所用光敏電阻制作光控開關來控制照明系統(tǒng)。光敏電阻的阻值隨著光的強弱而變化。物理學中用照度描述光的強弱，光越強照度越大，照度的單位為lx。某光敏電阻RG在不同照度下的阻值如下表：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖5-3甲所示的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。（2）如圖5-3乙所示，當1、2兩端電壓上升至2V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng)。在虛線框內(nèi)完成電路原理圖（不考慮控制開關對所設計電路的影響）。提供的器材如下：光敏電阻RG（阻值見上表）；直流電源E（電動勢3V，內(nèi)阻不計）；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ（限選其中之一并在圖中標出）；開關S及導線若干。3.許多會議室和賓館房間的天花板上都裝有火災報警器。有一種火災報警器是利用煙霧對光的散射來工作的。如圖5-4所示，帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管（也是一種晶體管，有三個電極，當光照強弱變化時，電極間的電阻隨之變化）和不透明的擋板。平時，光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。你能說說類似這種光電式傳感器還能在哪些場合應用嗎？4.某同學在研究性學習活動中自制電子秤，原理示意圖如圖5-5所示。用理想電壓表的示數(shù)指示物體的質(zhì)量，托盤與電阻可忽略的金屬彈簧相連，托盤與彈簧的質(zhì)量均不計，滑動變阻器R的滑動端與彈簧上端連接。當托盤中沒有放物體時，滑片恰好指在變阻器的最上端，此時電壓表示數(shù)為0。設變阻器總電阻為R，總長度為l，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，限流電阻阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計一切摩擦和其他阻力。試推導出電壓表示數(shù)U與所稱物體質(zhì)量m的關系式。5.如圖5-6所示，一定厚度和寬度的導體板放在勻強磁場中，當導體板通過一定電流，且電流與磁場方向垂直時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產(chǎn)生一定的電勢差UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。（1）若圖中的電流I是電子的定向運動產(chǎn)生的，則導體板上、下兩個側面中，哪個電勢高？（2）設該導體板單位體積中自由電子的個數(shù)為n，導體板的寬度為d，通過導體板的電流為I，磁感應強度為B，電子電荷量為e。試證明：發(fā)生霍爾效應時，導體板上、下側面間的電勢差UH＝eq\f(BI,ned)。（3）由上問的結論可知，在I、n、e、d都相同的情況下，UH與B成正比，由UH的數(shù)值可以比較B的大小，因此可以把這種導體板做成磁敏元件。試問：用這種磁敏元件探測某空間的磁場時，磁敏元件擺放的方向?qū)H是否有影響？如果把這種導體板上、下側面間的電壓進行線性放大顯示，用它做成的磁傳感器的示數(shù)是否跟被測磁感應強度有線性關系？當前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制作在一起的磁傳感器，它有以下兩種。（1）一種是“線性”的。它是將霍爾元件和放大器集成在一個芯片內(nèi)，其輸出的電壓與感受到的磁感應強度成正比地連續(xù)變化。請你提出一種方案，利用它來測量電流的大小。（2）另一種叫作“開關型”的。當磁場增強到一定程度時它才會輸出高電勢，而在磁場弱到一定程度時輸出低電勢，它只能像開關一樣在高、低電勢之間躍變。請你提出一種方案，利用它來測量物體的轉速。教材習題答案第一章安培力與洛倫茲力1磁場對通電導線的作用力*練習與應用1.答案如圖所示甲乙丙2.答案如圖所示甲磁場垂直水平面乙磁場與水平面成θ角丙磁場垂直于斜面3.答案(1)設電流方向未改變時,電流天平的左盤內(nèi)砝碼質(zhì)量為m1,右盤內(nèi)砝碼的質(zhì)量為mm電流方向改變后,同理可得m兩式聯(lián)立,得B=(2)將n=9、l=10.0?cm、說明:把安培力的知識與天平結合,可以“稱出”磁感應強度。4.答案通電后,彈簧上下振動,電路交替通斷。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是:通入電流時,彈簧各相鄰線圈中的電流方向相同,線圈之間相互吸引,使得彈簧收縮,與水銀分離,電路斷開;電路斷開后,線圈中電流消失,線圈之間的相互作用力消失,因而彈簧恢復原長,電路又被接通。這個過程反復出現(xiàn),使得彈簧上下振動,電路交替通斷。2磁場對運動電荷的作用力◆練習與應用1.答案由F=qvB得2.答案從圖甲至圖丁,帶電粒子剛進入磁場時所受洛倫茲力方向依次為平行于紙面向上、平行于紙面向下、垂直于紙面向外和垂直于紙面向里。3.答案帶電粒子沿圖示虛線路徑通過速度選擇器時受力平衡,有qE=qvB,所以4.答案1B(2)當外電路斷開時,在洛倫茲力的作用下,帶正、負電的粒子分別向B板和A板運動,在A、B之間形成豎直向上的電場,電荷堆積越多,兩板間電壓越大,場強也越大,直到帶電粒子受到的電場力與洛倫茲力平衡,即qE=qvB時,帶電粒子做勻速直線運動,此時5.答案由F=qvB,可得磁感應強度B=Fqv。公式E=Fq中,q是靜止的試探電荷所帶電荷量,公式3帶電粒子在勻強磁場中的運動◆練習與應用1.答案由qvB=mv2r2.答案(1)由于r=r∝mq(2)由qU=12mv2和以3.答案(1)設勻強磁場的磁感應強度為B,粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為r。粒子在磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得qvB①粒子運動軌跡如圖所示,由幾何知識得r②由①②聯(lián)立解得B③(2)設粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期為T,則T④由圖知,粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌跡對應的圓心角為θ⑤粒子在磁場中運動的時間為t⑥聯(lián)立②④⑤⑥解得t=4質(zhì)譜儀與回旋加速器*練習與應用1.答案由qU=12mv22.答案帶電粒子離開回旋加速器時,做勻速圓周運動的半徑等于D形盒的半徑,由qvB=mv2r說明:上述結果告訴我們,對于確定的粒子,D形盒的半徑越大、盒內(nèi)磁感應強度越大,粒子離開回旋加速器時的動能越大。3.答案粒子的運動軌跡如圖所示,根據(jù)幾何關系有R根據(jù)洛倫茲力提供向心力,有evB得電子的比荷e電子做勻速圓周運動的周期T電子在磁場中運動軌跡對應的圓心角α所以電子穿越磁場的時間t4.答案(1)粒子在盒內(nèi)磁場中只受洛倫茲力作用,洛倫茲力始終與粒子速度方向垂直,粒子做勻速圓周運動。(2)所加交流電源周期等于粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期,根據(jù)qvB=mv2r和T(3)粒子速度增加,則軌道半徑增大,當軌道半徑達到R時速度最大,最大速度vmax=1◆復習與提高A組1.答案不對。通電導線放在磁感應強度為零的位置,受到的安培力一定為零。當通電導線與磁場方向平行時不受安培力作用,可知通電導線在某處不受安培力作用,該處的磁感應強度可能不為零。2.答案(1)由左手定則可知,在圖示位置通電導線的a端和b端受到的安培力方向分別垂直紙面向外和垂直紙面向里,所以導線會沿逆時針方向轉動(俯視)。當轉過一個很小的角度后,在向右的磁場分量的作用下,通電導線還會受到向下的安培力,所以通電導線先沿逆時針方向轉動,然后邊轉動邊下移。(2)如圖所示的甲、乙、丙、丁分別表示虛線框內(nèi)的磁場源是條形磁體、蹄形磁體、通電螺線管和直線電流及其大致位置。甲乙丙丁3.答案(1)把整個線圈看成一個通電螺線管,根據(jù)安培定則可知,螺線管右側為N極,左側為S極,根據(jù)異名磁極相吸,知線圈向左運動。(2)把線圈分成許多小段,每小段都可以看成一段直導線。取其中的上、下兩小段分析,根據(jù)對稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運動。4.答案通電導線在勻強磁場內(nèi)有效長度為2lsin30°=l5.答案因帶電粒子在電場中受電場力作用,且正、負粒子所受的電場力方向相反;帶電粒子沿垂直磁場方向運動時受洛倫茲力作用,且正、負粒子所受的洛倫茲力方向相反,故可采用以下兩種方法將粒子分開:方法一是使粒子束垂直進入電場,方法二是使粒子束垂直通過磁場。6.答案質(zhì)子和α粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式為r=mvBq,解得v=Bqrm,動能為Ek=12m7.答案(1)磁感應強度沿z軸正方向,則從O向O′看,通電導線受到的安培力F(2)磁感應強度沿y軸正方向,通電導線受到的安培力豎直向上,如圖乙所示,當FT=0且滿足ILB(3)磁感應強度沿懸線向上,通電導線受到的安培力垂直于懸線指向左下方,如圖丙所示,導線不能平衡。甲乙丙B組1.答案作出金屬桿的受力示意圖,如圖所示(從b向a看)。根據(jù)平衡條件得Fmg又F聯(lián)立解得FfFN=mg2.答案(1)對金屬桿受力分析,可知當安培力方向沿導軌平面向上時最小,此時B最小,方向垂直導軌平面向上。由平衡條件可得F解得B(2)磁場方向豎直向上時,金屬桿受力如圖所示。由平衡條件可得B將B=mg3.答案a.速度不同的電子,可以用電場和磁場分開。速度不同的電子垂直勻強電場方向射入電場中,沿電場方向受力情況相同,運動情況也相同,垂直電場方向,由于初速度不同,所以偏轉程度不同,通過偏轉電場可以把速度不同的電子分開;速度不同的電子進入勻強磁場時,軌跡半徑r=b.具有相同動能的質(zhì)子和α粒子可以用電場分開。將質(zhì)子和α粒子沿垂直勻強電場方向射入電場。設帶電粒子離開電場時速度方向與入射方向間的夾角為θ,則tanθ=vyv0=EqL4.答案(1)若粒子帶正電,畫出粒子做勻速圓周運動的軌跡,如圖所示:由幾何關系有l(wèi)洛倫茲力提供向心力,有qvB聯(lián)立可得v運動時間t(2)若粒子帶負電,粒子的偏轉方向發(fā)生變化。由幾何關系有l(wèi)洛倫茲力提供向心力,有q聯(lián)立可得v運動時間t5.答案(1)粒子經(jīng)加速電場加速,獲得速度v,由動能定理得e解得v(2)粒子在速度選擇器中做勻速直線運動,電場力與洛倫茲力平衡,由平衡條件得eE即e解得U(3)粒子在B2磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得解得R第二章電磁感應1楞次定律*練習與應用1.答案(1)當閉合開關S的一瞬間,穿過線圈P向右的磁通量增加,根據(jù)楞次定律結合安培定則可知,從左往右看,線圈P中感應電流沿逆時針方向。(2)當斷開開關S的一瞬間,穿過線圈P向右的磁通量減少,根據(jù)楞次定律結合安培定則可知,從左往右看,線圈P中感應電流沿順時針方向。2.答案當導體MN向右移動時,電路MNCD中垂直于紙面向里的磁通量減少,根據(jù)楞次定律可知,產(chǎn)生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的減少,即感應電流的磁場與原磁場方向相同,垂直于紙面向里,由安培定則判斷可知感應電流的方向是M→N→C→3.答案當閉合開關時,上面的閉合線框中垂直于紙面向外的磁通量增加;根據(jù)楞次定律可知,閉合線框中產(chǎn)生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加,所以感應電流的磁場在閉合線框中的方向垂直紙面向里,再根據(jù)安培定則可知導線CD中的感應電流的方向為由D到C。當斷開開關時,上面的閉合線框中垂直于紙面向外的磁通量減少,根據(jù)楞次定律可知,閉合線框中感應電流的磁場要阻礙磁通量的減少,所以感應電流的磁場在閉合線框中的方向垂直紙面向外,由安培定則可知導線CD中的感應電流的方向為由C到D。4.答案由于線圈在條形磁鐵的N極附近,可以認為從A到B的過程中,線圈中向上的磁通量減少,根據(jù)楞次定律可知,線圈中產(chǎn)生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的減少,即感應電流的磁場方向向上,再根據(jù)安培定則可知感應電流的方向為從上向下看沿逆時針方向。從B到C的過程中,線圈中向下的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可知,線圈中產(chǎn)生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加,即感應電流的磁場方向向上,再根據(jù)安培定則可知感應電流的方向從上向下看也為逆時針方向。5.答案用磁鐵的任意一極(如N極)接近A環(huán)時,通過A環(huán)的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可知A環(huán)中將產(chǎn)生感應電流,感應電流的磁場對磁鐵產(chǎn)生斥力,故A環(huán)也受到磁鐵的斥力,使該端橫梁向里轉動,阻礙磁鐵與A環(huán)接近;同理,當磁極遠離A環(huán)時,A環(huán)中產(chǎn)生感應電流,A環(huán)受到磁鐵的引力,使該端橫梁向外轉動,阻礙A環(huán)與磁鐵遠離。由于B環(huán)是斷開的,無論磁極移近還是遠離B環(huán),在B環(huán)中都不會產(chǎn)生感應電流,所以B環(huán)與磁鐵之間沒有相互作用力,橫梁不發(fā)生轉動。2法拉第電磁感應定律*練習與應用1.答案根據(jù)法拉第電磁感應定律可得,線圈中感應電動勢為E根據(jù)閉合電路歐姆定律可得,通過電熱器的電流為I2.答案根據(jù)導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的公式E=E3.答案我們對著紙盆說話時,聲音使紙盆振動,帶動線圈隨之振動,線圈切割磁感線,產(chǎn)生感應電流。4.答案當線圈繞OO′軸勻速轉動時,長為根據(jù)公式E=BlvsinE在圖示位置時,S可得E5.答案導電液體在磁場中流動時,其所帶電荷將受到洛倫茲力作用,正電荷偏向N,負電荷偏向M,這樣在M、N之間就產(chǎn)生電勢差,M、q其中q為導電液體所帶電荷量液體的流量Q液體的流量Q與電勢差U的關系為Q=6.答案方法1設想有一環(huán)形導軌PQR,導體棒的一端a擱于導軌上,另一端b在圓心處,并通過導線bc與導軌相連,由導體棒、導軌、導線構成一閉合電路,如圖所示:設在極短時間Δt內(nèi)導體棒轉過微小角度Δθ,則Δθ則回路面積變化ΔS穿過回路的磁通量變化為ΔΦ回路中的感應電動勢為E=ΔΦΔt=BΔS方法2:導體棒ab勻速轉動,產(chǎn)生的感應電動勢EBl3渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動◆練習與應用1.答案當銅盤在磁極間運動時,由于發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,在銅盤中產(chǎn)生感應電流,使銅盤受到安培力作用,安培力阻礙銅盤的運動,所以銅盤很快就停了下來。2.答案當條形磁鐵的N極靠近線圈時,線圈中向下的磁通量增加,根據(jù)楞次定律可得,線圈中感應電流的磁場方向應該向上,再根據(jù)安培定則,判斷出線圈中的感應電流方向為逆時針方向(自上向下看)。感應電流的磁場對條形磁鐵N極的作用力向上,阻礙條形磁鐵向下運動。當條形磁鐵的N極遠離線圈時,線圈中向下的磁通量減少,根據(jù)楞次定律可得,線圈中感應電流的磁場方向應該向下,再根據(jù)安培定則,判斷出線圈中的感應電流方向為順時針方向(自上向下看)。感應電流的磁場對條形磁鐵N極的作用力向下,阻礙條形磁鐵向上運動。因此,無論條形磁鐵怎樣運動,都將受到線圈中感應電流磁場的阻礙作用,所以條形磁鐵很快停了下來。整個過程中,彈簧和磁鐵的機械能轉化為線圈的電能。說明:做這個實驗時,為了現(xiàn)象明顯,閉合線圈應當使用較寬、較厚且內(nèi)徑較小的銅環(huán)或鋁環(huán),這樣可以產(chǎn)生較強的感應電流,從而對磁鐵產(chǎn)生較大的作用力。3.答案在磁性很強的小圓柱形永磁體下落的過程中,沒有缺口的鋁管中的磁通量發(fā)生變化(小圓柱形永磁體上方鋁管中的磁通量減小,下方鋁管中的磁通量增大),所以鋁管中將產(chǎn)生較大的感應電流,感應電流的磁場將對下落的小圓柱形永磁體產(chǎn)生阻礙作用,所以小圓柱形永磁體在鋁管中緩慢下落;如果小圓柱形永磁體在有裂縫的鋁管中下落,鋁管中產(chǎn)生的感應電流較小,所以小圓柱在鋁管中下落得比較快。4.答案這些微弱的感應電流,將使衛(wèi)星在地磁場中受到安培力作用。為了克服安培力作用,衛(wèi)星的一部分動能轉化為電能。這樣衛(wèi)星的動能減小,運動軌道距離地面的高度會逐漸降低。5.答案當條形磁鐵向右移動時,金屬圓環(huán)中的磁通量減少,圓環(huán)中將產(chǎn)生感應電流,感應電流的磁場阻礙磁通量的減少,故金屬圓環(huán)將受到條形磁鐵向右的作用力。這個力實際上就是條形磁鐵的磁場對感應電流的安培力。這個安培力將驅(qū)使金屬圓環(huán)向右運動。4互感和自感◆練習與應用1.答案(1)當斷開開關S時線圈A中電流很快消失,穿過線圈B的磁通量減少,從而在線圈B中產(chǎn)生感應電流。根據(jù)楞次定律可知,感應電流的磁場要阻礙原磁場的變化,這樣就使鐵芯中磁場減弱得慢些,即在斷開開關S后一段時間內(nèi),鐵芯中還有逐漸減弱的磁場,這個磁場對銜鐵D依然有力的作用,因此,彈簧K不能立即將銜鐵拉起。(2)如果線圈B不閉合,會對延時效果產(chǎn)生影響。在斷開開關S時,線圈A中電流很快消失,線圈B中只有感應電動勢而無感應電流,鐵芯中的磁場很快消失,磁場對銜鐵D的作用力也很快消失,彈簧K很快將銜鐵拉起。2.答案當李輝把多用電表的表筆與被測線圈脫離時,線圈中的電流減小,線圈發(fā)生自感現(xiàn)象,會產(chǎn)生較大的自感電動勢,線圈兩端有較高電壓,“電”了劉偉一下。當李輝再摸線圈兩端和多用電表的表筆時,沒什么感覺,是由于經(jīng)歷了較長時間,自感現(xiàn)象基本“消失”。3.答案(1)當開關由斷開變?yōu)殚]合時,兩燈兩端立即有電壓,同時發(fā)光;由于線圈的電阻很小,當電路穩(wěn)定時,B燈被線圈短路,故B燈由亮變暗,直到不亮,A燈由亮變?yōu)楦痢?2)當開關由閉合變?yōu)閿嚅_時,A燈兩端電壓變?yōu)?,立即熄滅。由于L是自感系數(shù)很大的線圈,自身電阻幾乎為零,當電流減小時,線圈產(chǎn)生的自感電動勢很大,相當于電源,給B燈提供短暫的電流,此時電流很大,B燈由暗變亮然后又逐漸變暗,過一會兒熄滅?！魪土暸c提高A組1.答案磁鐵向左運動,導致穿過螺線管的向下的磁通量增大,感應電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁通量的變化,根據(jù)右手螺旋定則可知,螺線管產(chǎn)生的感應電流方向如圖。2.答案金屬棒ab做平拋運動,平拋運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。豎直方向的分速度與磁感線平行,不產(chǎn)生感應電動勢;水平方向的分速度切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢,感應電動勢大小為E=Blv0,B、3.答案從下邊ab進入勻強磁場到上邊cd剛剛開始穿出勻強磁場過程中,正方形導線框一直勻速運動,重力勢能轉化為電能,根據(jù)能量守恒定律可得線框在穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=4.答案(1)根據(jù)右手定則可以判斷出,線圈不論以P1還是P2為軸沿逆時針方向(從上向下看)轉動時,BC邊均切割磁感線產(chǎn)生感應電流,感應電流的方向均沿(2)由于兩種情況下線圈轉動的角速度相同,線圈面積相同,則產(chǎn)生的感應電動勢相同,因此感應電流大小相等。(3)圖示時刻線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大,為Em=BSω,當磁感應強度B、線圈轉動的角速度ω(4)線圈以P1和PE5.答案(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律,線圈中產(chǎn)生的感應電動勢為E=nΔΦ(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律,可得通過線圈的感應電流為I所以Ia6.答案(1)電路abcd中,導體棒ab切割磁感線,產(chǎn)生感應電動勢,相當于電源。電動勢E內(nèi)阻r由右手定則判斷可知導體棒ab的a端相當于電源的正極,R相當于閉合電路的外電路。(2)感應電流為Iab棒所受的安培力F(3)ab棒所受的安培力的功率P=Fv電阻R的發(fā)熱功率P電阻Rab發(fā)熱功率因?qū)w棒ab做勻速運動,其受力平衡,安培力等于外力。因P=7.答案根據(jù)法拉第電磁感應定律有E=nΔΦΔt=nSΔBΔt,可知在面積、匝數(shù)不變的情況下,感應電動勢大小與磁感應強度的變化率成正比,即與B?t圖像中的斜率成正比。由圖像可知,0～B組1.答案根據(jù)導線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的公式E=Blv可得飛機兩翼端的電勢差為E根據(jù)右手定則可知,北端機翼尖電勢高。2.答案(1)線圈以速度v勻速進入勻強磁場時,線圈中產(chǎn)生的感應電動勢E1=BLv,其中L線圈中的感應電流為I1=E同理,線圈以速度2v勻速進入勻強磁場時,線圈中的感應電流為I2所以第二次進入與第一次進入時線圈中的感應電流之比為2:(2)線圈以速度v勻速進入勻強磁場時,受到的安培力為F1=B同理,線圈以速度2v勻速進入勻強磁場時,外力的功率為P2所以第二次進入與第一次進入時外力做功的功率之比為4:(3)線圈以速度v勻速進入勻強磁場時,線圈經(jīng)過時間t=Lv完全進入磁場,此后線圈中不再有感應電流,所以線圈第一次進入磁場過程中產(chǎn)生的熱量為同理,線圈以速度2v勻速進入勻強磁場時,線圈進入磁場過程中產(chǎn)生的熱量為Q2所以第二次進入與第一次進入過程中線圈產(chǎn)生的熱量之比為2:3.答案當PQ滑過l3的距離時,PQ產(chǎn)生的感應電動勢的大小為整個電路的總電阻為R則通過PQ的電流為IaP段、bP段電阻絲的電阻之比為1:2:1,故通過aP4.答案閉合開關時,金屬桿在下滑過程中,受到重力和安培力作用,若重力與安培力大小相等,金屬桿做勻速直線運動,如甲圖;若安培力小于重力,則金屬桿所受的合力方向向下,加速度方向向下,做加速運動,在加速運動的過程中,產(chǎn)生的感應電流增大,安培力增大,則合力減小,加速度減小,做加速度逐漸減小的加速運動,當重力與安培力相等時,做勻速直線運動,如乙圖;若安培力大于重力,則加速度的方向向上,做減速運動,在減速運動的過程中,安培力減小,做加速度逐漸減小的減速運動,當重力與安培力相等時,做勻速直線運動,如丙圖。甲乙丙5.答案0～lv時間內(nèi),線框在磁場外,感應電流為0,安培力為0;lv～2lv時間內(nèi),由右手定則可得出感應電流沿逆時針方向,線框以恒定速度v沿x軸正方向運動,所以感應電動勢和感應電流不變,根據(jù)左手定則可得出安培力的方向沿x軸負方向;6.答案(1)如圖所示,圓盤中任意一半徑都在切割磁感線,它可以看成一個電源,在C、(2)根據(jù)右手定則判斷,D點的電勢比C點高,所以流過電阻R的電流方向為自下向上。(3)銅盤轉動產(chǎn)生的感應電動勢相當于長度為r的金屬桿繞其中一個端點勻速轉動產(chǎn)生的電動勢,可得E=12第三章交變電流1交變電流◆練習與應用1.答案這種說法不對。根據(jù)法拉第電磁感應定律可知,感應電動勢的大小與磁通量的變化率ΔΦΔt成正比,而與磁通量Φ沒有必然聯(lián)系。假定線圈的面積為S,所在勻強磁場的磁感應強度為B,線圈以角速度ω繞垂直于磁感線的軸勻速轉動,線圈在中性面時開始計時,則磁通量Φ隨時間變化的關系為:Φ=BScosωt,其圖像如圖所示。線圈平面轉到中性面的瞬間t=0、T2或2.答案單匝線圈轉到線圈平面與磁場方向平行的位置時,感應電動勢最大,Em=2B3.答案由題可知,發(fā)電機線圈平面位于中性面時開始計時,感應電動勢瞬時值表達式為e電路中電流的峰值為I電流的瞬時值表達式為i4.答案MN邊與磁場方向成30°角時,導線框平面與中性面的夾角為60°,此時感應電動勢大小為e=Em2交變電流的描述◆練習與應用1.答案一個周期內(nèi),交變電流的方向變化2次,所以1?s內(nèi)電流方向變化的次數(shù)為12.答案不能把這個電容器接在正弦式交流電壓是9?V的電路兩端。因為9?V是指交流電壓的有效值,在電壓變化過程中的最大值為923.答案燈泡正常工作時,通過燈絲電流的有效值為I=PU=4.答案根據(jù)圖像可讀出正弦式交變電流的周期T=0.2頻率為f電流的有效值為I=5.答案電熱器消耗的功率為P=U2R,其中U為電壓的有效值,6.答案A與B的峰值相同,C的峰值大于A、B的峰值。7.答案交流電流表測的是有效值。在一個周期內(nèi),根據(jù)有效值的定義可得422R?3變壓器◆練習與應用1.答案恒定電流的電壓加在變壓器的原線圈上時,通過原線圈的電流是恒定電流,即電流的大小和方向不變,通過副線圈的磁通量不變。因此,在副線圈中不會產(chǎn)生感應電動勢,副線圈兩端也沒有電壓,所以變壓器不能改變恒定電流的電壓。2.答案根據(jù)理想變壓器原、副線圈的電壓關系U1U2=n1n2,可得3.答案因為U1U24.答案降壓變壓器的副線圈應當用較粗的導線。根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,即I1U1=I5.答案原線圈輸入的電壓U1一定,V1示數(shù)不變;副線圈的電壓U2=n2U1n1不變,V2示數(shù)不變。當用戶的用電器增加時,相當于R減小,副線圈中的電流I2增大,A2示數(shù)增大;因為理想變壓器輸入功率等于輸出功率,即P1=4電能的輸送◆練習與應用1.答案電功率P=IU,電流當U1=110當U2=110?V公式U=IR中的U、I、R對應于同一段電路,同理,公式P=U