2019-12高中物理自感现象涡流计算题

1、2019-3-12高中物理自感现象涡流计算题(考试总分:100分考试时间：120分钟)一、计算题(本题共计10小题，每题10分，共计100分)1、如图所示(俯视)，相距为L=0.5m的两条足够长且电阻不计的平行金属导轨固定在水平面上.匀强磁场垂直于导轨平面向下，磁感应强度为B1=4.0T.导轨间接一电阻R1=0.6Q阻彳1为R2=0.4鄙J金属杆垂直导轨放置并与导轨始终保持良好接触.两导轨右端通过金属导线分别与电容器的两极相连.电容器的X板开有一小孔b,孔b正对一边长为8m的正方形匀强磁场区域ABCD。磁场中作两条虚线MN、PQ,PQ为AB边的中垂线，MN与AB边平行且相距1m；MN与AB间磁

2、场方向垂直平面向上，MN与CD间磁场方向垂直平面向下，磁感应强度均为B2=2.4T。发射出去的电磁波的频率是多大？发射出去的电磁波的波长是多大？4、有一个被称为千人震”的趣味物理小实验，实验是用一节电动势为1.5V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器，几位做这个实验的同学手拉手成一串，另一位同学将电池、镇流器(自感系数很大的线圈卜开关用导线将他们首、尾两位同学两个空着的手相连.如图所示，在开关通或断时就会使连成一串的同学都有触电的感觉.请你说明该实验的原理，并说明人有触电感觉时是开关接通还是开关断开的瞬间？为什么?L的电流.电5、如图所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，

3、用电流传感器显示各时刻通过线圈(1)用一个垂直金属杆水平向左且功率恒定为P=96W的外力F拉金属杆，使杆从静止开始向左运动.已知杆(2)当金属杆处于(1)问中的匀速运动状态时，电容器C内紧靠Y板的a处的一个带电粒子，粒子经电容器受到的摩擦阻力大小恒为f=8N,求当金属杆最终匀速运动时杆的速度大小及杆消耗的电功率。路中电灯的电阻R1=6.00定值电阻R=2.0QA、B间的电压U=6.0.一一一3V.开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1=1.0M0s时刻断开开关S,该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示.加速从b孔射出，之后从P点垂直AB边进入磁场，已知粒子的质量为m=2

4、.4父10-9kg,带电量q=1.0m10-9C,不计粒子重力与空气阻力，求粒子运动轨迹与PQ的交点距P点的距离及粒子从磁场中射出点距P点的距离(结果可用含根号式子表示)。2、如图所示的振荡电路中，线圈自感系数L=0.5H,电容器电容C=2p,现使电容器上极板带正电，从接通电键K时刻算起。(1)求出线圈L的电阻Rl；(2)在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？在t2=1.6>103s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？6、如图所示，线圈的自感系数L=0.5mH,电容器的电容C=0.2电源电动势E=4V,电阻的阻值R=10乌不计线圈和电源的内阻，闭合开关S,待电路中电流稳定后断开S

5、,求(1) LC回路的振荡频率.(2) LC回路振荡电流的有效值.(1)当t=3.0X02s时,电路中电流方向如何？(2)经过多长时间，线圈中的磁场能第一次达到最大？3、LC振荡电路电容器的电容为3X10-5口，线圈的自感系数为3mH,它与开放电路耦合后，求:(3)从断开S到电容器上极板带正电荷最多所经历的最短时间.7、如图所示(俯视)，MN和PQ是两根固定在同一水平面上的足够长且电阻不计的平行金属导轨.两导轨间距为L=0.2m,其间有一个方向垂直水平面竖直向下的匀强磁场B1=5.0T.导轨上NQ之间接一电阻Ri=0.400阻彳1为R2=0.10的金属杆垂直导轨放置并与导轨始终保持良好接触.两

6、导轨右端通过金属导线分别与电容器C的两极相连.电容器C紧靠着带小孔a(只能容一个粒子通过)的固定绝缘弹性圆筒.圆筒内壁光滑，筒内有垂直水平面竖直向下的匀强磁场B2,O是圆筒的圆心，圆筒的内半径为r=0.40m.W。开关S闭合后，灯泡正常发光，S断开后，LC中产生振荡电流。若从S断开开始计时，求:.兀-Q.(1)当1=X103s时，电容器的右极板带何种电荷;2(2)当t=TtX10s时，LC回路中的电流。(1)用一个大小恒为10N,平行于MN水平向左的外力F拉金属杆，使杆从静止开始向左运动，问：当金属杆最终匀速运动时杆的速度大小；(2)当金属杆处于(1)问中的匀速运动状态时，电容器C内紧靠极板且

7、正对a孔的D处有一个带正电的粒子从静止开始经电容器C加速后从a孔垂直磁场B2并正对着圆心O进入筒中，该带电粒子与圆筒壁碰撞四次后恰好又从小孔a射出圆筒.已知粒子的比荷q/m=5X107C/kg,该带电粒子每次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失，不计粒子重力和空气阻力，则磁感应强度B2多大(结果允许含有三角函数式).8、如图所示，线圈的自感系数为3pH在线圈的中间有抽头2,电容器的电容可在1503009、如图所示是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一金属薄片，轻质杆可绕上端O点轴在竖直面内转动,一水平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面.使摆从图中实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳齿状，

8、还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间.试定性分析其原因.10、如图所示，线圈L的自感系数为25mH,电阻为零，电容器C的电容为405F灯泡D的规格是“4V2计算题(本题共计10小题，每题10分，共计100分)1、【答案】(1)v=4m/s,Pi=25.6W;(2)(2+2,2>/3-3)m;4(s/31)m【解析】(1)分析金属杆匀速运动时，设匀速时的速度为v,感应电流为I,杆消耗的功率为P1,由功率关系得R=Fv;杆作匀速直线运动时，处于力学平衡状态，得F=f+B1IL;回路产生的感应电流为I=E区RiR2由导体切割磁感线:E=B1Lv杆消耗的电功率为R联立，带入数据得v=4m/s,

9、P=25.6W；(2)先计算带电粒子在电场中的加速,设粒子加速后的速度为V1.1C由动能th理得Uq=3m，一,R一由串并联知识：U二一0ERiR2粒子进入磁场后的轨迹半径为r,由2B2qv1=mrPK=2+HK=(2+2；2«3m)m；根据图像的对称性可知JP=2O2H=4(J31)m。2、【答案】(1)顺时针方向电流；1.57X1CT%【解析】(1)LC回路振荡的周期：丁=2本府=21Jo.5X2X10一%=628X10-3s、“2.3-当t=3.0M0s时，t=4.78即4,<t<5T,此时电容器正处于正向充电阶段，所以电流方向为顺时针.(2)当接通开关S时，电容器

10、开始放电，当电场能完全转化为磁场能时，磁场能第一次达到最大，此时T一”一"L57X101。43、【答案】530kHz;566m【解析】根据T=2V比得1f=一Ji代入数值得，f=530kHz.根据入=c/f得入=566m。4、【答案】镇流器的自感现象断开瞬间只有在电路刚断开时才能产生很高的自感电动势使人产生触电的感觉【解析】该小实验的电路连接如图所示。联立带入数据得V1=2m/s,r=2m作出粒子在磁场中的轨迹图，如下图所示:由几何关系得O1F=T3m,PF=GH=(2£)m,02H二；;3-GH=23-2mHK=Jr2_O2H2=252m_3巾；合上开关，电路接通，人感受

11、不到微弱的干电池直流电流。断开开关，因为镇流器中的电流不能突变，所以原来镇流器中很大的电流从人体中流过，人就能感受到这一自感电动势所产生的强大瞬时电流，有触电的感觉。5、【答案】(1)2.0;(2)电灯中的电流方向自右向左；(3)3.0V【解析】(1)由题图可知，开关S闭合电路稳定日流过线圈L的电流10=1.5UUA,由欧姆定律得。=贰西，解得：3丁*=岫(2)断开开关前，流过线圈L的电流自左向右，断开开关后，线圈L、电阻R和电灯构成一闭合回路，由自感规律可知，电灯中的电流方向自右向左。,一一.一一一3（3）由题图可知，t2=1.6X0s时刻线圈L中的电流I=0.3A,此时线圈L相当于电源，由

12、闭合电路欧姆定律得E=1（/+R+Hj=0.3X£2.。+2.0+6.0）/=ZOV。6、【答案】(1)1.6104Hz;(2)0.28A;(3)4.7105S【解析】（1）根据f=一厂,可求得频率为f=1.6X04Hz;（2）LC回路的最大电流为加E-=Oh4AR振荡电流产生正弦式交变电流,（i）情形1：每段轨迹圆弧对应的圆心角为'55得：；：.1.4717T（ii）情形2:每段轨迹圆弧对应的圆心角为,将数据代式得其=tan（7r/10）X。5s.当S断开时，电容器上的带电量为零，然后电容器开始充电，且下极板带正电,故当电容器上极板带正电荷量最大，经历的最短时间为7、v,将

13、已知数据代入得：，1r.一-T=4.7X10JSo4【答案】(1)v=5m/s；(2)B2=tanM03T或者B2'=ta卷X103t.【解析】（1）金属杆先做加速度变小的加速运动，最终以最大速度匀速运动.设杆匀速运动时速度为EF=BJLE-B.LvI一i，1?%+汨/m（2）设杆匀速运动时C两极板间的电压为U,带电粒子进入圆筒的速率为V.在磁场中作匀速圆周运动的半径为R,由于C与电阻R并联，据欧姆定律得，：|rt八一TT1据动能定理有，.V2带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，.一由于带电粒子与圆筒壁碰撞时无电量和能量损失，那么每次碰撞前后粒子速度大小不变.速度方向总是沿着圆筒半径方向，

14、4个碰撞点与小孔a恰好将圆筒壁五等分，粒子在圆筒内的轨迹具有对称性，由5段相同的圆弧组成，设每段轨迹圆弧对应的圆心角为则由几何关系可得：W=杨林（胃有两种情形符合题意（如图所示）：8、【答案】Tmax=1.88M07sfmax=1.06M。7Hz【解析】根据T=2兀JLC得Tmax=27LmaxCmax=2310300102s=1.88M07s,111根据f=得T2二.LCf=J=1_fmaxf.ic_6j2Hz2；LminCmin2二，1.51015010=1.06M07Hz。9、【答案】见解析【解析】第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在摆中会形成涡流，涡流受磁场的阻碍作用，会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回