发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
高三物理简答题极难题
(20分)
发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
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发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
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发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
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发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。
(1)求在Δt时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。
(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。
a.请在图3(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。
b.我们知道,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。
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发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。求:
(1)图1、2中棒ab受到的安培力F1、F2;
(2)在t时间内,图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能;
(3)请简述图1中,做功与能量变化的情况。
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直流电动机的工作原理可以简化为如图甲所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为L,电阻不计。轨道端点MP间接有直流电源(内阻不计),电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,通过滑轮以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动,从而提升用绳悬挂的重物。电路中的电流为I,重力加速度为g,不计空气阻力,不计绳的质量和绳与滑轮之间的摩擦。
(1)a.求重物的质量m;
b.求在t时间内,“电动机”输出的机械能。
(2)设图甲中电源电动势大小为E,当金属棒ab向右运动时,由于切割磁感线产生一个感应电动势,大小为,此时这个回路的电源电动势等效为E。
a.请从能量守恒的角度推导E =+ IR;
b.金属棒在向右运动的过程中,棒中每个自由电子都会受到一个与定向移动方向相反的力的作用,请在图乙中画出一个自由电子所受该力的示意图,并求在t时间内,金属棒运动过程中该力对所有自由电子做的总功W。
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下列装置中利用电磁感应原理工作的是( )
A.电动机 B.发电机 C.电磁铁 D.电磁继电器
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直流电动机的工作原理可以简化为如图所示的情景,匀强磁场方向竖直向下,磁感应强度大小为B;平行金属轨道MN、PQ,相距为L,固定在水平面内;电阻为R的金属导体棒ab与平行轨道垂放置,且与轨道接触良好;MP间接有直流电源。闭合开关S,金属导体棒向右运动,通过轻绳竖直提升质量为m的物体,重力加速度为g。忽略一切阻力、导轨的电阻和直流电源的内阻。
(1)求物体匀速上升时,通过导体棒ab的电流大小;
(2)导体棒ab水平向右运动的过程中,同时会产生感应电动势,这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用,我们称之为反电动势。设导体棒ab向上匀速提升重物的功率为P出,电流克服反电动势做功的功率为P反,请证明:P出=P反;(解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明)
(3)若通过电源连续调节MP间的电压U,物体匀速上升的速度v也将连续变化,直流电动机所具有这种良好的“电压无极变速”调速性能在许多行业中广泛应用。请写出物体匀速上升的速度v与电压U的函数关系式。
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直流电动机是常见的用电器,其原理可简化为如图所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B 的匀强磁场中,直流电源与间距为L的两根足够长的光滑平行金属轨道MN、PQ连接,整个装置固定在水平面内,导轨电阻不计。质量为m0的金属导体棒ab垂直放在轨道上,且与轨道接触良好。电源电动势为E,内阻为r,导体棒ab电阻为R。闭合开关,导体棒ab 从静止开始向右运动,并通过光滑定滑轮提升质量为m的重物。
(1)求闭合开关的瞬间,导体棒受到的安培力;
(2)导体棒ab切割磁感线运动时会产生感应电动势,该电动势总是削弱电源电动势的作用,因此称为反电动势,其大小可以表示为E反= BL v。请选取匀速提升重物的过程,结合能量转化与守恒定律证明:电路中的电流 ;
(3)重物从静止开始向上提升,当重物提升高度为h时,导体棒速率为v,计算此过程安培力做的总功。
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