人教版物理 選修3-2 解答題部分

1、1如圖19所示，處于光滑水平面上的矩形線圈邊長分別為L1和L2，電阻為R，處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場的過程。求：（1）拉力大小F；（2）拉力的功率P；（3）拉力做的功W；（4）線圈中產(chǎn)生的電熱Q；（5）通過線圈某一截面的電荷量q。解（1）EBL2v，I ，F(xiàn)BIL2，F(xiàn) （2）拉力的功率PFv （3）拉力做功WFL1 （4）根據(jù)功能關(guān)系QW （5）通過導體橫截面的電量qIt t 解析：線圈被勻速拉出過程中，拉力與線圈受到的安培力等值反向。從功能關(guān)系分析，拉力和安培力做功之和為零，所以拉力做功等于線圈克服安培力做功，通過拉力做功將外界能量

2、轉(zhuǎn)化為電能，電能再通過電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。RERLBv222RLBv222RLBvL1222RERBL21L2圖20中MN和PQ為豎直方向的兩平行長直金屬導軌，間距l(xiāng)為0.40 m，電阻不計。導軌所在平面與磁感應(yīng)強度B為0.50 T的勻強磁場垂直。質(zhì)量m為6.010-3 kg、電阻為1.0 的金屬桿ab始終垂直于導軌，并與其保持光滑接觸。導軌兩端分別接有滑動變阻器和阻值為3.0 的電阻R1。當桿ab達到穩(wěn)定狀態(tài)時以速率v勻速下滑，整個電路消耗的電功率P為0.27 W，重力加速度取10 m/s2，試求速率v和滑動變阻器接入電路部分的阻值R2。解析：整個電路消耗的電能來源于重力勢能的減少，導體棒勻

3、速下落，通過重力克服安培力做功，將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能。電路的結(jié)構(gòu)是導體棒為電源，導體棒的電阻為電源內(nèi)阻，電阻R1與R2并聯(lián)接在電源兩端，等效電路如圖所示。 根據(jù)Pmgv得 vP/mg m/s4.5 m/s 導體棒產(chǎn)生的電動勢EBlv 導體棒中的電流 I= 導體棒勻速運動有 mgBIL 將I代入上式得 mg 將已知B0.50T，l0.40 m，m6.010-3 kg，r1.0 ，R13.0，v4.5 m/s代入式得R26.0 。2106.00.272121RRRRrBlv212122RRRRrlBv3一個半徑r0.10 m的閉合導體圓環(huán)，圓環(huán)單位長度的電阻R01.010-2 /m。如圖21-a所

4、示，圓環(huán)所在區(qū)域存在著勻強磁場，磁場方向垂直圓環(huán)所在平面向外，磁感應(yīng)強度大小隨時間變化情況如圖21-b所示。（1）分別求在00.3 s和0.3 s0.5s 時間內(nèi)圓環(huán)中感應(yīng)電動勢的大??；（2）分別求在00.3 s和0.3 s0.5s 時間內(nèi)圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小，并在圖21-c中畫出圓環(huán)中感應(yīng)電流隨時間變化的i-t圖象（以線圈中逆時針電流為正，至少畫出兩個周期）；解析:（1）在00.3 s時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E1r26.2810-3 V , 在0.3 s0.5 s時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E2r29.4210-3 V （2）在00.3 s時間內(nèi) I1 1.0 A ,在0.3 s 0.5 s時間內(nèi) I2 1.5

5、 A it圖象如圖所示。 012rRE022rRE4單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量（以下簡稱流量）。有一種利用電磁原理測量非磁性導電液體（如自來水、啤酒等）流量的裝置，稱為電磁流量計。它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖22所示，圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣，其上裝有一對電極a和c，a、c間的距離等于測量管內(nèi)徑D，測量管的軸線與a、c的連線方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直。當導電液體流過測量管時，在電極a、c間出現(xiàn)感應(yīng)電動勢E，并通過與電極連接的儀表顯示出液體的流量Q。設(shè)磁場均勻恒定，磁感應(yīng)強度為B。（1）已知D0.40 m，B2.

6、510-3T，Q0.12 m3/s。試求E的大?。▓A周率取3.0）；（2）顯示儀表相當于傳感器的負載電阻，其阻值記為R。a、c間導電液體的電阻r隨液體電阻率的變化而變化，從而會影響顯示儀表的示數(shù)。試以E、R、r為參量，給出電極a、c間輸出電壓U的表達式，并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響。圖22解析：（1）電極a、c間的感應(yīng)電動勢E是由a、c間長度為直徑D的導體垂直切割磁感線產(chǎn)生的，根據(jù)流量的定義有QvS v，故得流體的運動速度為v ，再由導線垂直切割的感應(yīng)電動勢計算公式EBlv得EBDv 1.010-3 V。 （2）UIR ，增大R使R r，則UE，可以降低液體電阻率變化對

7、流量示數(shù)的影響。42D24DQDBQ4Rr1E5交流發(fā)電機的原理如圖19-a所示，閉合的矩形線圈放在勻強磁場中，繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動，在線圈中產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖19-b所示，已知線圈的電阻為R2.0 。求：（1）通過線圈導線的任一個橫截面的電流的最大值是多少？（2）矩形線圈轉(zhuǎn)動的周期是多少？（3）線圈電阻上產(chǎn)生的電熱功率是多少？（4）保持線圈勻速轉(zhuǎn)動，1 min內(nèi)外界對線圈做的功是多少？ 解：（1）2.0 A （2）4.010-2 s （3）4 W （4）240 J6.磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場僅存在于邊長為3L的正方形范圍內(nèi)，有一個電阻為R、邊長為L的正方形導線框abcd ，沿垂直

8、于磁感線方向，以速度v勻速通過磁場，如圖所示，從ab邊進入磁場算起，求：（1）畫出穿過線框的磁通量隨時間變化的圖線。（2）判斷線框中有無感應(yīng)電流？若有，方向怎樣？ （3）求線框通過磁場區(qū)域的過程中，外力所做的功？dcbaBdcbaBdcbaBdcba圖20B解析：線框穿過磁場的過程可分為三個階段：進入磁場階段、在磁場中運動階段和離開磁場階段。如圖所示， （1）線框進入磁場階段：由于線框勻速運動，進入時線框的面積線性增加，SLvt，所以BSBLvt；進入的時間是t1= ，最后BL2。 線框在磁場中運動階段：運動時間為t2 ，穿過回路的磁通量恒定為BL2。 線框離開磁場階段：由于線框勻速運動，離開

9、時線框的面積線性減少，即SLvt，所以BSB（L2Lvt），離開的時間是t3 ，最后0。 整個過程的-t圖線如圖所示。 （2）線框進入磁場階段：穿過線框的磁通量增加，線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，由右手定則可知，線框中感應(yīng)電流方向為逆時針方向。大小不變。 線框在磁場中運動階段：穿過線框的磁通量不變，線框中沒有感應(yīng)電流。 線框離開磁場階段：穿過線框的磁通量減少，線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，右手定則可知，線框中感應(yīng)電流方向為順時針方向。大小不變。 （3）線框進入磁場階段：由于線框勻速運動，外力等于安培力，所以 W外1W安BILLB LL 線框磁場中運動階段：回路中沒有感應(yīng)電流，也不受外力作用，所以W外0。 線框

10、離開磁場階段：與進入時一樣W外2W安BILLB LL= 整個過程的外力功為：W外W外1W外2vLvL2vLRBLvRLBv32RBLvRLBv32RLBv3227.如圖21-a所示，一對平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)0.20 m，電阻R1.0 ；有一導體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計，整個裝置處于磁感強度B0.50T的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下?，F(xiàn)用外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運動，測得力F與時間t的關(guān)系如圖21-b所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a。 a10 m/s2，m0.1 kg。解析：導體桿在軌道上做勻加速直線運動，設(shè)經(jīng)過t秒時的速 度為

11、v，則有vat 桿切割磁感線，將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：EBlv 在桿、軌道和電阻的閉合回路中產(chǎn)生電流：I 桿受到的安培力為：F安BIl 根據(jù)牛頓第二定律，有 F安ma 聯(lián)立以上各式，得 Fma at 由圖線上取兩點（0，1），（30，4）代入式、可解得 a10 m/s2，m0.1 kg。RERlB228.如圖22所示，一個電阻值為R，匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連結(jié)成閉合回路。線圈的半徑為r1。在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導線的電阻不計。求0至t1時間內(nèi)：（1）通過電阻R1上的電流大小和方向；（2）通過電阻R1上的電量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量。（1）E ，I ，從b到a （2）q ；Q 解析：（1）由于B減小，根據(jù)楞次定律，線圈中的感應(yīng)電流方向為順時針方向，因此電阻中電流由b到a。 從圖象看，磁感應(yīng)強度的變化率為 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)