1、2019-3-12高中物理自感現(xiàn)象渦流計(jì)算題(考試總分:100分考試時間：120分鐘)一、計(jì)算題(本題共計(jì)10小題，每題10分，共計(jì)100分)1、如圖所示(俯視)，相距為L=0.5m的兩條足夠長且電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上.勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=4.0T.導(dǎo)軌間接一電阻R1=0.6Q阻彳1為R2=0.4鄙J金屬桿垂直導(dǎo)軌放置并與導(dǎo)軌始終保持良好接觸.兩導(dǎo)軌右端通過金屬導(dǎo)線分別與電容器的兩極相連.電容器的X板開有一小孔b,孔b正對一邊長為8m的正方形勻強(qiáng)磁場區(qū)域ABCD。磁場中作兩條虛線MN、PQ,PQ為AB邊的中垂線，MN與AB邊平行且相距1m；MN與AB間磁

2、場方向垂直平面向上，MN與CD間磁場方向垂直平面向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B2=2.4T。發(fā)射出去的電磁波的頻率是多大？發(fā)射出去的電磁波的波長是多大？4、有一個被稱為千人震”的趣味物理小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是用一節(jié)電動勢為1.5V的新干電池、幾根導(dǎo)線、開關(guān)和一個用于日光燈上的鎮(zhèn)流器，幾位做這個實(shí)驗(yàn)的同學(xué)手拉手成一串，另一位同學(xué)將電池、鎮(zhèn)流器(自感系數(shù)很大的線圈卜開關(guān)用導(dǎo)線將他們首、尾兩位同學(xué)兩個空著的手相連.如圖所示，在開關(guān)通或斷時就會使連成一串的同學(xué)都有觸電的感覺.請你說明該實(shí)驗(yàn)的原理，并說明人有觸電感覺時是開關(guān)接通還是開關(guān)斷開的瞬間？為什么?L的電流.電5、如圖所示，圖甲為某同學(xué)研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，

3、用電流傳感器顯示各時刻通過線圈(1)用一個垂直金屬桿水平向左且功率恒定為P=96W的外力F拉金屬桿，使桿從靜止開始向左運(yùn)動.已知桿(2)當(dāng)金屬桿處于(1)問中的勻速運(yùn)動狀態(tài)時，電容器C內(nèi)緊靠Y板的a處的一個帶電粒子，粒子經(jīng)電容器受到的摩擦阻力大小恒為f=8N,求當(dāng)金屬桿最終勻速運(yùn)動時桿的速度大小及桿消耗的電功率。路中電燈的電阻R1=6.00定值電阻R=2.0QA、B間的電壓U=6.0.一一一3V.開關(guān)S原來閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t1=1.0M0s時刻斷開開關(guān)S,該時刻前后電流傳感器顯示的電流I隨時間t變化的圖線如圖乙所示.加速從b孔射出，之后從P點(diǎn)垂直AB邊進(jìn)入磁場，已知粒子的質(zhì)量為m=2

4、.4父10-9kg,帶電量q=1.0m10-9C,不計(jì)粒子重力與空氣阻力，求粒子運(yùn)動軌跡與PQ的交點(diǎn)距P點(diǎn)的距離及粒子從磁場中射出點(diǎn)距P點(diǎn)的距離(結(jié)果可用含根號式子表示)。2、如圖所示的振蕩電路中，線圈自感系數(shù)L=0.5H,電容器電容C=2p,現(xiàn)使電容器上極板帶正電，從接通電鍵K時刻算起。(1)求出線圈L的電阻Rl；(2)在圖甲中，斷開開關(guān)后通過電燈的電流方向如何？在t2=1.6>103s時刻線圈L中的感應(yīng)電動勢的大小是多少？6、如圖所示，線圈的自感系數(shù)L=0.5mH,電容器的電容C=0.2電源電動勢E=4V,電阻的阻值R=10烏不計(jì)線圈和電源的內(nèi)阻，閉合開關(guān)S,待電路中電流穩(wěn)定后斷開S

5、,求(1) LC回路的振蕩頻率.(2) LC回路振蕩電流的有效值.(1)當(dāng)t=3.0X02s時,電路中電流方向如何？(2)經(jīng)過多長時間，線圈中的磁場能第一次達(dá)到最大？3、LC振蕩電路電容器的電容為3X10-5口，線圈的自感系數(shù)為3mH,它與開放電路耦合后，求:(3)從斷開S到電容器上極板帶正電荷最多所經(jīng)歷的最短時間.7、如圖所示(俯視)，MN和PQ是兩根固定在同一水平面上的足夠長且電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌.兩導(dǎo)軌間距為L=0.2m,其間有一個方向垂直水平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場B1=5.0T.導(dǎo)軌上NQ之間接一電阻Ri=0.400阻彳1為R2=0.10的金屬桿垂直導(dǎo)軌放置并與導(dǎo)軌始終保持良好接觸.兩

6、導(dǎo)軌右端通過金屬導(dǎo)線分別與電容器C的兩極相連.電容器C緊靠著帶小孔a(只能容一個粒子通過)的固定絕緣彈性圓筒.圓筒內(nèi)壁光滑，筒內(nèi)有垂直水平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場B2,O是圓筒的圓心，圓筒的內(nèi)半徑為r=0.40m.W。開關(guān)S閉合后，燈泡正常發(fā)光，S斷開后，LC中產(chǎn)生振蕩電流。若從S斷開開始計(jì)時，求:.兀-Q.(1)當(dāng)1=X103s時，電容器的右極板帶何種電荷;2(2)當(dāng)t=TtX10s時，LC回路中的電流。(1)用一個大小恒為10N,平行于MN水平向左的外力F拉金屬桿，使桿從靜止開始向左運(yùn)動，問：當(dāng)金屬桿最終勻速運(yùn)動時桿的速度大??；(2)當(dāng)金屬桿處于(1)問中的勻速運(yùn)動狀態(tài)時，電容器C內(nèi)緊靠極板且

7、正對a孔的D處有一個帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電容器C加速后從a孔垂直磁場B2并正對著圓心O進(jìn)入筒中，該帶電粒子與圓筒壁碰撞四次后恰好又從小孔a射出圓筒.已知粒子的比荷q/m=5X107C/kg,該帶電粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞時電量和能量都不損失，不計(jì)粒子重力和空氣阻力，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B2多大(結(jié)果允許含有三角函數(shù)式).8、如圖所示，線圈的自感系數(shù)為3pH在線圈的中間有抽頭2,電容器的電容可在1503009、如圖所示是稱為阻尼擺的示意圖，在輕質(zhì)桿上固定一金屬薄片，輕質(zhì)桿可繞上端O點(diǎn)軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動,一水平有界磁場垂直于金屬薄片所在的平面.使擺從圖中實(shí)線位置釋放，擺很快就會停止擺動；若將擺改成梳齒狀，

8、還是從同一位置釋放，擺會擺動較長的時間.試定性分析其原因.10、如圖所示，線圈L的自感系數(shù)為25mH,電阻為零，電容器C的電容為405F燈泡D的規(guī)格是“4V2計(jì)算題(本題共計(jì)10小題，每題10分，共計(jì)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)分析金屬桿勻速運(yùn)動時，設(shè)勻速時的速度為v,感應(yīng)電流為I,桿消耗的功率為P1,由功率關(guān)系得R=Fv;桿作勻速直線運(yùn)動時，處于力學(xué)平衡狀態(tài)，得F=f+B1IL;回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I=E區(qū)RiR2由導(dǎo)體切割磁感線:E=B1Lv桿消耗的電功率為R聯(lián)立，帶入數(shù)據(jù)得v=4m/s,

9、P=25.6W；(2)先計(jì)算帶電粒子在電場中的加速,設(shè)粒子加速后的速度為V1.1C由動能th理得Uq=3m，一,R一由串并聯(lián)知識：U二一0ERiR2粒子進(jìn)入磁場后的軌跡半徑為r,由2B2qv1=mrPK=2+HK=(2+2；2«3m)m；根據(jù)圖像的對稱性可知JP=2O2H=4(J31)m。2、【答案】(1)順時針方向電流；1.57X1CT%【解析】(1)LC回路振蕩的周期：丁=2本府=21Jo.5X2X10一%=628X10-3s、“2.3-當(dāng)t=3.0M0s時，t=4.78即4,<t<5T,此時電容器正處于正向充電階段，所以電流方向?yàn)轫槙r針.(2)當(dāng)接通開關(guān)S時，電容器

10、開始放電，當(dāng)電場能完全轉(zhuǎn)化為磁場能時，磁場能第一次達(dá)到最大，此時T一”一"L57X101。43、【答案】530kHz;566m【解析】根據(jù)T=2V比得1f=一Ji代入數(shù)值得，f=530kHz.根據(jù)入=c/f得入=566m。4、【答案】鎮(zhèn)流器的自感現(xiàn)象斷開瞬間只有在電路剛斷開時才能產(chǎn)生很高的自感電動勢使人產(chǎn)生觸電的感覺【解析】該小實(shí)驗(yàn)的電路連接如圖所示。聯(lián)立帶入數(shù)據(jù)得V1=2m/s,r=2m作出粒子在磁場中的軌跡圖，如下圖所示:由幾何關(guān)系得O1F=T3m,PF=GH=(2£)m,02H二；;3-GH=23-2mHK=Jr2_O2H2=252m_3巾；合上開關(guān)，電路接通，人感受

11、不到微弱的干電池直流電流。斷開開關(guān)，因?yàn)殒?zhèn)流器中的電流不能突變，所以原來鎮(zhèn)流器中很大的電流從人體中流過，人就能感受到這一自感電動勢所產(chǎn)生的強(qiáng)大瞬時電流，有觸電的感覺。5、【答案】(1)2.0;(2)電燈中的電流方向自右向左；(3)3.0V【解析】(1)由題圖可知，開關(guān)S閉合電路穩(wěn)定日流過線圈L的電流10=1.5UUA,由歐姆定律得。=貳西，解得：3丁*=岫(2)斷開開關(guān)前，流過線圈L的電流自左向右，斷開開關(guān)后，線圈L、電阻R和電燈構(gòu)成一閉合回路，由自感規(guī)律可知，電燈中的電流方向自右向左。,一一.一一一3（3）由題圖可知，t2=1.6X0s時刻線圈L中的電流I=0.3A,此時線圈L相當(dāng)于電源，由

12、閉合電路歐姆定律得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）根據(jù)f=一廠,可求得頻率為f=1.6X04Hz;（2）LC回路的最大電流為加E-=Oh4AR振蕩電流產(chǎn)生正弦式交變電流,（i）情形1：每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為'55得：；：.1.4717T（ii）情形2:每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為,將數(shù)據(jù)代式得其=tan（7r/10）X。5s.當(dāng)S斷開時，電容器上的帶電量為零，然后電容器開始充電，且下極板帶正電,故當(dāng)電容器上極板帶正電荷量最大，經(jīng)歷的最短時間為7、v,將

13、已知數(shù)據(jù)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）金屬桿先做加速度變小的加速運(yùn)動，最終以最大速度勻速運(yùn)動.設(shè)桿勻速運(yùn)動時速度為EF=BJLE-B.LvI一i，1?%+汨/m（2）設(shè)桿勻速運(yùn)動時C兩極板間的電壓為U,帶電粒子進(jìn)入圓筒的速率為V.在磁場中作勻速圓周運(yùn)動的半徑為R,由于C與電阻R并聯(lián)，據(jù)歐姆定律得，：|rt八一TT1據(jù)動能定理有，.V2帶電粒子在磁場中作勻速圓周運(yùn)動，.一由于帶電粒子與圓筒壁碰撞時無電量和能量損失，那么每次碰撞前后粒子速度大小不變.速度方向總是沿著圓筒半徑方向，

14、4個碰撞點(diǎn)與小孔a恰好將圓筒壁五等分，粒子在圓筒內(nèi)的軌跡具有對稱性，由5段相同的圓弧組成，設(shè)每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為則由幾何關(guān)系可得：W=楊林（胃有兩種情形符合題意（如圖所示）：8、【答案】Tmax=1.88M07sfmax=1.06M。7Hz【解析】根據(jù)T=2兀JLC得Tmax=27LmaxCmax=2310300102s=1.88M07s,111根據(jù)f=得T2二.LCf=J=1_fmaxf.ic_6j2Hz2；LminCmin2二，1.51015010=1.06M07Hz。9、【答案】見解析【解析】第一種情況下，阻尼擺進(jìn)入有界磁場后，在擺中會形成渦流，渦流受磁場的阻礙作用，會很快停下來；第二種情況下，將金屬擺改成梳齒狀，阻斷了渦流形成的回