為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置.如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0×10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬外圈和絕緣幅條構(gòu)成.后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4跟金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡.在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=.后輪以角速度ω=2π rad/s,相對轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動.若不計其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng).
(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向;
(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;
(3)從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始,經(jīng)計算畫出輪子一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab隨時間t變化的Uab-t圖象;
(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案,請給出你的評價.

【答案】分析:(1)根據(jù)右手定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向,根據(jù)公式可以求電動勢;
(2)ab邊切割充當(dāng)電源,其他為外電路就可以畫出電路圖;
(3)不論那條邊切割,ab端電壓均為路端電壓,因此當(dāng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時,ab端電壓均相等;
(4)小燈泡的正常工作電壓為1.5V,電磁感應(yīng)產(chǎn)生電壓比此值小,所以不正常發(fā)光;根據(jù)公式,優(yōu)化方案可從改變 B、r、ω入手.
解答:解:(1)金屬條ab在勻強磁場中轉(zhuǎn)動切割,由得:感應(yīng)電動勢為

=
=4.9×10-2V
根據(jù)右手定則判斷可知電流方向由b到a
(2)ab邊切割充當(dāng)電源,其余為外電路,且并聯(lián),其等效電路如圖所示

(3)設(shè)電路的總電阻為R,根據(jù)電路圖可知,
ab兩端電勢差:       ①
設(shè)ab離開磁場區(qū)域的時刻t1,下一根金屬條進入磁場的時刻t2
        ②
         ③
設(shè)輪子轉(zhuǎn)一圈的時間為T,
         ④
在T=1s內(nèi),金屬條有四次進出,后三次與第一次相同.
由①→④可畫出如下Uab-t圖象

(4)小燈泡不能正常工作,因為感應(yīng)電動勢E=4.9×10-2V遠小于燈泡的額定電壓,因此閃爍裝置不可能工作.
B增大,E增大,但有限度;
    r增大,E增大,但有限度;
ω增大,E增大,但有限度;
    θ增大,E不增大.
答:(1)感應(yīng)電動勢大小為4.9×10-2V,電流方向由b到a;
(2)
(3)

(4)不能正常發(fā)光,
    B增大,E增大,但有限度;
    r增大,E增大,但有限度;
ω增大,E增大,但有限度;
    θ增大,E不增大.
點評:本題考查了電磁感應(yīng)和恒定電路的知識,設(shè)計問題從容易入手,層層遞進,較好地把握了試題的難度和區(qū)分度.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置.如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0×10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬外圈和絕緣幅條構(gòu)成.后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4跟金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡.在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=
π6
.后輪以角速度ω=2π rad/s,相對轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動.若不計其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng).
(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向;
(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形”磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;
(3)從金屬條ab進入“扇形”磁場時開始,經(jīng)計算畫出輪子一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab隨時間t變化的Uab-t圖象;
(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案,請給出你的評價.

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科目:高中物理 來源: 題型:

為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置,如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0╳10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬內(nèi)圈和絕緣輻條構(gòu)成。后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=π/6。后輪以角速度ω=2π rad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。若不計其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng)。

(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向;

(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;

(3)從金屬條ab進入“扇形” 磁場開始,經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab-t圖象;

(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案,請給出你的評價。

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科目:高中物理 來源:2012年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試?yán)砭C物理(浙江卷帶解析) 題型:計算題

(22分)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置,如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0╳10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬內(nèi)圈和絕緣輻條構(gòu)成。后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=π/6。后輪以角速度ω="2π" rad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。若不計其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng)。

(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向;
(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;
(3)從金屬條ab進入“扇形” 磁場開始,經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab-t圖象;
(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案,請給出你的評價。

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科目:高中物理 來源:2012年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試?yán)砭C物理(浙江卷解析版) 題型:計算題

(22分)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學(xué)設(shè)計了一種“閃爍”裝置,如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0╳10-2m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬內(nèi)圈和絕緣輻條構(gòu)成。后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均串聯(lián)有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=π/6。后輪以角速度ω=2π rad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。若不計其它電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng)。

(1)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向;

(2)當(dāng)金屬條ab進入“扇形” 磁場時,畫出“閃爍”裝置的電路圖;

(3)從金屬條ab進入“扇形” 磁場開始,經(jīng)計算畫出輪子轉(zhuǎn)一圈過程中,內(nèi)圈與外圈之間電勢差Uab-t圖象;

(4)若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡,該“閃爍”裝置能否正常工作?有同學(xué)提出,通過改變磁感應(yīng)強度B、后輪外圈半徑r2、角速度ω和張角θ等物理量的大小,優(yōu)化前同學(xué)的設(shè)計方案,請給出你的評價。

 

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