高中物理电学计算题专题.docx
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高中物理电学计算题专题
高中物理电学计算题专题
12如图所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,两板间的距离d=40cm。
电源电动势E=24V,内电阻r=1Ω,电阻R=15Ω,闭合开关S,待电路稳定后,将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4m/s竖直向上射入两板间。
若小球带电量为q=1×10-2C,质量为m=2×10-2kg,不考虑空气阻力。
那么滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达A板?
此时电源的输出功率为多大?
(g取10m/s2)
13三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5V、1.5V和2.5V,它们的额定电流都为0.3A。
若将它们连接成如图1、图2的电路,且灯泡都正常发光,
(1)试求图1电路的总电流和电阻R2消耗的电功率。
(2)分别计算两电路电源提供的电功率,并说明哪个电路更节能。
14如图所示,MN和PQ是两根放在竖直面内且足够长的平行金属导轨,相距l=50cm。
导轨处在垂直纸面向里的磁感应强度B=5T的匀强磁场中。
一根电阻为r=0.1Ω的金属棒ab可紧贴导轨左右运动。
两块平行的、相距d=10cm、长度L=20cm的水平放置的金属板A和C分别与两平行导轨相连接,图中跨接在两导轨间的电阻R=0.4Ω。
其余电阻忽略不计。
已知当金属棒ab不动时,质量m=10g、带电量q=-10-3C的小球以某一速度v0沿金属板A和C的中线射入板间,恰能射出金属板(g取10m/s2)。
求:
(1)小球的速度v0;
(2)若使小球在金属板间不偏转,则金属棒ab的速度大小和方向;
(3)若使小球能从金属板间射出,则金属棒ab匀速运动的速度应满足什么条件?
15.如图所示,一半径为r的圆形导线框内有一匀强磁场,磁场方向垂直于导线框所在平面,导线框的右端通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离为d。
在t=0时,圆形导线框内的磁感应强度B从B0开始均匀增大;同时,有一质量为m、带电量为q的液滴以初速度v0水平向右射入两板间(该液滴可视为质点)。
该液滴恰能从两板间作匀速直线运动,然后液滴在电场强度大小(恒定)、方向未知、磁感应强度为B1、宽为L的(重力场、电场、磁场)复合场(磁场的上下区域足够大)中作匀速圆周周运动.求:
⑴磁感应强度B从B0开始均匀增大时,试判断1、2两板哪板为正极板?
磁感应强度随时间的变化率K=?
⑵(重力场、电场、磁场)复合场中的电场强度方向如何?
大小如何?
⑶该液滴离开复合场时,偏离原方向的距离。
16.两根光滑的长直金属导轨MN、MN'平行置于同一水平面内,导轨间距为L,电阻不计,M、M'处接有如图所示的电路,电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C。
长度也为L,阻值同为R的金属棒ab垂直导轨放置,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。
ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触,在ab运动距离为s的过程中,整个回路中产生的焦耳热为Q,求:
(1)ab运动的速度大小;
(2)电容器所带的电荷量q。
17.如图所示,da、cb为相距L的平行导轨(电阻可以忽略不计),a、b间接有一个固定电阻,阻值为R。
长直细金属杆MN可以按任意角架在水平导轨上,并以速度v匀速滑动(平移),v的方向和da平行杆MN有电阻,每米长的电阻值为R,整个空间充满匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直纸面(dabc平面)向里。
(1)求固定电阻R上消耗的电功率为最大时θ角的值;
(2)求杆MN上消耗的电功率为最大时θ角的值。
18、如图所示,水平的平行虚线间距为d=50cm,其间有B=1.0T的匀强磁场。
一个正方形线圈边长为l=10cm,线圈质量m=100g,电阻为R=0.20Ω。
开始时,线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。
将线圈由静止释放,其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。
取g=10m/s2,
求:
(1)线圈下边缘刚进入磁场时,线圈产生电流的大小和方向;
(2)线圈进入磁场过程中产生的电热Q。
19、如图所示,足够长的金属导轨MN和PQ与R相连,平行地放在水平桌面上,质量为m的金属杆可以无摩擦地沿导轨运动.导轨与ab杆的电阻不计,导轨宽度为L,磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过整个导轨平面.现给金属杆ab一个瞬时冲量I0,使ab杆向右滑行.
(1)求回路的最大电流.
(2)当滑行过程中电阻上产生的热量为Q时,杆ab的加速度多大?
(3)杆ab从开始运动到停下共滑行了多少距离?
20、如图所示,一个质量m=0.1kg、阻值R=0.5Ω的正方形金属框,放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(框上边与从AA‘重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB‘平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(框下边与BB‘重合)。
设金属在下滑过程中的速度为v时所对应的位移为s,那么v2—s图象如图所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上。
试问:
(1)根据v2—s图象所提供的信息,计算出斜面倾角
和匀强磁场的宽度d。
(2)匀强磁场的磁感应强度为多大?
金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少?
21、两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R,整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨向右匀速运动时,cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动,设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好,重力加速度为g,求:
(1)ab杆匀速运动的速度v1;
(2)ab杆所受拉力F;
(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动
过程中,整个回路中产生的焦耳热.
22、如图光滑斜面的倾角θ=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框用细线通过定滑轮与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef线与gh线(ef∥gh∥pq)间有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为B1=0.5T,gh线与pq线间有垂直斜面向下的匀强磁场,磁感应强度B2=0.5T.如果线框从静止开始运动,当ab边进入磁场时恰好做匀速直线运动,ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为2.3s,求:
(1)求ef线和gh线间的距离;
(2)ab边由静止开始运动到gh线这段时间内产生的焦耳热;
(3)ab边刚进入gh线瞬间线框的加速度.
23、如图所示,足够长的光滑平行金属导轨cd和ef,水平放置且相距L,在其左端各固定一个半径为r的四分之三金属光滑圆环,两圆环面平行且竖直。
在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆,两金属杆与水平导轨、金属圆环形成闭合回路,两金属杆质量均为m,电阻均为R,其余电阻不计。
整个装置放在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。
当用水平向右的恒力F=
mg拉细杆a,达到匀速运动时,杆b恰好静止在圆环上某处,试求:
(1)杆a做匀速运动时,回路中的感应电流;
(2)杆a做匀速运动时的速度;
(3)杆b静止的位置距圆环最低点的高度。
24、如图甲所示,一边长L=2.5m、质量m=0.5kg的正方形金属线框,放在光滑绝缘的水平面上,整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B=0.8T的匀强磁场中,它的一边与磁场的边界MN重合。
在水平力F作用下由静止开始向左运动,经过5s线框被拉出磁场。
测得金属线框中的电流随时间变化的图像如乙图所示,在金属线框被拉出的过程中。
⑴求通过线框导线截面的电量及线框的电阻;
⑵写出水平力F随时间变化的表达式;
⑶已知在这5s内力F做功1.92J,那么在此过程中,线框产生的焦耳热是多少?
25、如图,竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场上边边界相距d0.现使ab棒由静止开始释放,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平,导轨电阻不计).求:
(1)棒ab在离开磁场下边界时的速度;
(2)棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热;
(3)试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况.
26.如图(甲)所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距L=1m,两轨道之间用R=2Ω电阻连接,一质量为m=0.5kg的导体杆与两轨道垂直,静止地放在轨道上,杆及轨道的电阻均忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上.现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆,拉力F与导体杆运动的位移s间关系如图10(乙)所示,当拉力达到最大时,导体杆开始做匀速运动,经过位移s=2.5m时,撤去拉力,导体杆又滑行了s′=2m停下.求:
(1)导体杆运动过程中的最大速度;
(2)拉力F作用过程中,电阻R上产生的焦耳热;
27、如图甲所示,光滑绝缘水平面上一矩形金属线圈abcd的质量为m、电阻为R、ad边长度为L,其右侧是有左右边界的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B,ab边长度与有界磁场区域宽度相等,在t=0时刻线圈以初速度v0进入磁场,在t=T时刻线圈刚好全部进入磁场且速度为vl,此时对线圈施加一沿运动方向的变力F,使线圈在t=2T时刻线圈全部离开该磁场区,若上述过程中线圈的v—t图象如图乙所示,整个图象关于t=T轴对称.
(1)求t=0时刻线圈的电功率;
(2)线圈进入磁场的过程中产生的焦耳热和穿过磁场过程中外力F所做的功分别为多少?
(3)若线圈的面积为S,请运用牛顿第二运动定律和电磁学规律证明:
在线圈进人磁场过程中
28、如图所示,两根正对的平行金属直轨道MN、M´N´位于同一水平面上,两轨道之间的距离l=0.50m,轨道的MM´端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻,NN´端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N´P´平滑连接,两半圆轨道的半径均为R0=0.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T的匀强磁场中,磁场区域的宽度d=0.80m,且其右边界与NN´重合.现有一质量m=0.20kg、电阻r=0.10Ω的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处.在与杆垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab杆开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体杆ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP´.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好,且始终与轨道垂直,导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数μ=0.10,轨道的电阻可忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆上的电流大小和方向;
(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量;
(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热
29.如图所示,水平虚线L1、L2之间是匀强磁场,磁场方向水平向里,磁场高度为h。
竖直平面内有一等腰梯形线框,底边水平,其上下边长之比为5:
1,高为2h。
现使线框AB边在磁场边界L1的上方h高处由静止自由下落,当AB边刚进入磁场时加速度恰好为0,在DC边刚进入磁场前的一段时间内,线框做匀速运动。
求:
(1)DC边刚进入磁场时,线框的加速度
(2)从线框开始下落到DC边刚进入磁场的过程中,线框的机械能损失和重力做功之比
30.如图,面积S=0.2m2的线圈,匝数n=630匝,总电阻r=1.0Ω,线圈处在变化的磁场中,磁感应强度B随时间t按图(b)
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