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2026年春期高2024级第四学期测试
(物理学科)
满分:100分 时间: 75分钟
一、单选题:本大题共7小题,共28分。
1. 在LC振荡电路中,若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加,则( )
A. 电路中的电流正在增大 B. 电路中的电场能正在增加
C. 电路中的电容器两端的电压不变 D. 电路中的电场能正在向磁场能转化
【答案】B
【解析】
【详解】ABD.在LC振荡电路中,若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加,说明电容器正在充电,此时由磁场能转化为电场能,磁场能减少,电场能增加,电路中电流正在减小,AD错误,B正确;
C.根据可知电路中的电容器两端的电压变大,故C错误。
故选B。
2. 如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一圆形导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。则在时间内,下列判断正确的是( )
A. 线框R整体所受安培力方向始终向左
B. 线框R中感应电流在时改变方向
C. 线框R的面积始终有扩张的趋势
D. 线框R中感应电流的方向始终沿顺时针方向
【答案】D
【解析】
【详解】ACD.因为通电导线的磁感应强度大小正比于电流大小,故线框R中的磁感应强度与时间变化的关系与导线PQ中电流变化类似。
在时间内,导线PQ中电流从Q到P,电流逐渐减小,根据右手螺旋定则,此时导线在线框R处产生的磁场垂直向里,且磁场强度逐渐减小,根据楞次定律,线圈R感应电流产生的磁场方向也垂直向里(减同),且线圈R有扩张和向左运动的趋势,即线圈R整体所受安培力方向向左,根据右手螺旋定则,线圈R中的电流方向为顺时针方向;
在时间内,导线PQ中电流从P到Q,电流逐渐增大,根据右手螺旋定则,此时导线在线框R处产生的磁场垂直向外,且磁场强度逐渐增大,根据楞次定律,线圈R感应电流产生的磁场方向为垂直向里(增反),且线圈R有紧缩和向右运动的趋势,即线圈R整体所受安培力方向向右,根据右手螺旋定则,线圈R中的电流方向为顺时针方向,故AC错误,D正确;
B.综合上述分析,在时间内,线圈R中感应电流的方向始终沿顺时针方向,在时没有改变方向,故B错误。
故选D。
3. 一个矩形导线框abcd全部处于水平向右的匀强磁场中,绕一竖直固定轴OO′匀速转动,如图所示,ad边水平向右,导线框转动过程中磁通量的最大值为Φm产生感应电动势的有效值为E,则( )
A. 导线框转动的周期为
B. 当穿过导线框的磁通量为零时,线框的电流方向发生改变
C. 当导线框的磁通量为零时,导线框磁通量的变化率为E
D. 从磁通量最大的位置开始计时,导线框产生感应电动势的瞬时值为Esin()
【答案】C
【解析】
【详解】A.导线框转动过程中产生感应电动势最大值为
根据正弦交变电流的最大值与有效值间的关系可得
即
解得
故A错误;
B.当感应电流为零时(即磁通量最大),电流方向发生改变,故B错误;
C.当导线框的磁通量为零时,产生的感应电动势最大为
故C正确;
D.从磁通量最大(即中性面)的位置开始计时,线框产生感应电动势的瞬时值为
故D错误。
故选C。
4. 如图所示,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻。闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10πt (V),则( )
A. 该交变电流的频率为10 Hz
B. 该电动势的有效值为10 V
C. 电路中理想交流电流表A的示数为0.71 A
D. 若将“10 V 100 μF”的电容器并联在发电机两端,则电容器可能被击穿
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】AB.因为e=10sin 10πt (V),故ω=10π rad/s
f==5 Hz
Em=10 V
故其有效值
E==V=5V
选项A、B错误;
C.交流电表的示数为有效值,理想交流电流表的示数
I=≈0.71 A
选项C正确;
D.路端电压的最大值
Um=Im·R=·R=9.0 V
小于“10 V 100 μF”电容器的击穿电压,所以电容器不能被击穿,选项D错误.
故选C。
5. 将两个完全相同的线圈a、b放入不同的磁场中,磁场方向均垂直于线圈平面。a、b所处磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图甲、乙所示,则a、b线圈的电功率之比为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】图甲中a线圈产生的电动势大小恒定不变,根据法拉第电磁感应定律可知
图乙中b线圈产生的电动势最大值为
则b线圈产生的电动势有效值为
根据
可知a、b线圈的电功率之比为
故选B。
6. 如图所示,直角三角形ABC区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,AB边长为2L,直角三角形导线框abc与直角三角边ABC相似,ab边长为L,,线框在纸面内,且bc边和BC边在同一直线上,bc边为导线,电阻不计,ab边和ac边由粗细均匀的金属杆弯折而成。现用外力使线框以速度v匀速向右运动通过磁场区域,则线框通过磁场的过程中,线框曲边的电势差Uab随时间变化的关系图象正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】线圈进入磁场的过程中,ac边切割磁感线的有效长度均匀增大,感应电动势均匀增大,ab两端的电势差均匀增大,当ab边刚要进入磁场时回路中的感应电动势最大,线框运动的速度为v,线框中的最大电动势为 ,根据楞次定律可知,感应电流方向顺时针方向,由于ac长为ab长的2倍,因此 ,线框进入磁场后,回路中没有感应电流, ;在线框出磁场的过程中,线框ab部分切割磁感线,且切割磁感线的有效长度随时间均匀减小,且ac边刚出磁场时,感应电动势最大
此时 ,故B正确;
综上所述本题答案是:B
7. 如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U,理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是( )
A. 保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变
B. 保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大
C. 保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大
D. 保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小
【答案】B
【解析】
【详解】AB.由题意可知,原副线圈的匝数比为,则副线圈的电流为,根据欧姆定律可得副线圈的电压有效值为
则变压器原线圈的电压有效值为
设输入交流电的电压有效值为,则
可得
保持位置不变,向左缓慢滑动的过程中,不断变大,根据欧姆定律
可知变压器原线圈的电压有效值变大,输入电压有效值不变,则两端的电压不断变小,则电压表示数变小,原线圈的电压电流都变大,则功率变大,根据原副线圈的功率相等,可知消耗的功率增大,故B正确,A错误;
CD.设原副线圈的匝数比为,同理可得
则
整理可得
保持位置不变,向下缓慢滑动的过程中,不断变大,则变小,对由欧姆定律可知
可知不断变小,根据原副线圈的功率相等可知消耗的功率
整理可得
可知时,消耗的功率有最大值,可知消耗的功率先增大,后减小,故CD错误。
故选B。
二、多选题:本大题共3小题,共18分。
8. 如图所示,两个小灯泡规格相同,L是自感系数很大,内阻可以忽略的线圈。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关瞬间,瞬间变亮
B. 闭合开关瞬间,缓慢变亮,瞬间变亮
C. 闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,闪亮一下再缓慢熄灭
D. 闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,流过灯泡的电流方向反向
【答案】BC
【解析】
【详解】AB.闭合开关瞬间,由于线圈产生自感电动势阻碍电流的增大,所以缓慢变亮,瞬间变亮,故A错误,B正确;
CD.闭合开关,待电路稳定后,由于线圈内阻可以忽略,所以线圈支路电流大于支路电流;断开开关瞬间,由于线圈产生自感电动势阻碍电流的减小,且线圈与、构成回路,所以闪亮一下再缓慢熄灭,流过灯泡的电流方向没有反向,故C正确,D错误。
故选BC。
9. 如图所示,同种导体材料制成的扇形线圈OAB的半径为a、圆心角为,电阻为R。MN上方有一匀强磁场,磁感应强度为B,现使线圈在时从图示位置开始绕垂直于纸面且过O点的轴以角速度逆时针匀速转动,下列说法正确的是( )
A. 从开始线圈转过时,O点电势比A点电势低
B. 从开始线圈转过时,O点电势比A点电势高
C. 从开始线圈转过的过程中,流经线圈的电荷量为
D. 转动一周,线圈中电流的有效值为
【答案】BC
【解析】
【详解】A.当线圈转过时,相当于电源,所以点电势比点电势高,A错误;
B.线圈转过时,线圈产生的总感应电动势为零,OA边切割磁感线产生的电动势即为OA两点电压
则O点电势比A点电势高,B正确;
C.线圈转过时,根据法拉第电磁感应定律可知
根据闭合电路欧姆定律可知
则流经线圈的电荷量为
联立解得
C正确;
D.线圈在进入和离开磁场区域过程中产生的感应电流为
设线圈转动一周时的周期为,线圈转动一周的过程中只有的时间产生感应电流,根据电流有效值定义可知
解得
D错误。
故选BC。
10. 随着我国航空母舰数量的增加,我国海上军事力量进一步加强,新一代航母阻拦系统将采用电磁阻拦技术,基本原理如图所示,飞机着舰时关闭动力系统,利用尾钩钩住绝缘阻拦索并拉动轨道上的一根金属棒ab,导轨间距为d,飞机质量为M,金属棒质量为m,飞机着舰后与金属棒以共同速度进入磁场,轨道端点MP间电阻为R,金属棒电阻为r,不计其它电阻和阻拦索的质量。轨道内有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度为B。金属棒运动一段距离x后与飞机一起停下,测得此过程中电阻R产生的焦耳热为Q,不计一切摩擦,则( )
A. 金属棒以速度进入磁场时的加速度大小为
B. 整个过程中通过电阻R的电荷量为
C. 经过位置时,金属棒克服安培力做功的功率小于
D. 通过最后的过程中,金属棒上产生的焦耳热为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.金属棒以速度进入磁场时产生的感应电动势为
回路中的感应电流为
金属棒受到的安培力为
金属棒以速度进入磁场时的加速度大小为
故A错误;
B.整个过程中对导体棒和飞机应用动量定理,规定初速度方向为正方向,有
通过电阻R的电荷量为
故B正确;
C.根据D项分析可知,经过时的瞬时速度为,所以经过位置时金属棒克服安培力做功的功率为,故C错误;
D.金属棒运动一段距离x后与飞机一起停下,此时速度为零,根据动量定理得
通过电阻R的电荷量为
磁通量的变化
联立,得
设经过时速度为v,通过最后的过程中,对金属杆和飞机应用动量定理,规定初速度方向为正方向,有
通过电阻R的电荷量为
磁通量的变化
解得
金属棒运动一段距离x后与飞机一起停下,测得此过程中电阻R产生的焦耳热为Q,根据能量守恒,有
通过最后的过程中,整个电路产生的焦耳热为
金属棒上产生的焦耳热为
故D正确。
故选BD。
三、实验题:本大题共2小题,共14分。
11. 某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素
(1)通过实验得知:当磁体向上运动时,电流计指针向右偏转,此时线圈中磁通量在___________(选填“增加”或“减少”)。
(2)为进一步探究影响感应电流方向的因素,该小组设计了如图b的电路。若图b电路连接正确,在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最___________(选填“左”或“右”)端。
(3)若图b电路连接正确,开关闭合后,将铁芯从线圈P中快速抽出时,观察到电流计指针___________(选填“偏转”或“不偏转”)。
【答案】(1)减少 (2)左
(3)偏转
【解析】
【小问1详解】
当磁体向上运动时,穿过螺旋管的磁场为竖直向下,磁通量减少。
【小问2详解】
闭合开关瞬间,电路中电流增大,电磁铁的磁性增强,穿过螺线管的磁通量增加,会产生感应电流,为了防止产生的感应电流过大烧坏电流表,闭合开关前需要将滑动变阻器的滑片移到最左端,即最大阻值处。
【小问3详解】
将铁芯从线圈P中快速抽出时,穿过螺线管的磁通量减少,会产生感应电流,则观察到电流计指针偏转。
12. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器结构如图甲所示。
(1)变压器的铁芯,它的结构和材料是__________。(填字母)
A. 整块硅钢铁芯 B. 整块不锈钢铁芯
C. 绝缘的铜片叠成 D. 绝缘的硅钢片叠成
(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数__________。(填“多”或“少”)
(3)用匝数匝和匝的变压器,实验测量数据如表:
1.80
2.80
3.80
4.90
4.00
6.01
8.02
9.98
根据测量数据可判断原线圈匝数为__________匝。(填“400”或“800”)
(4)图乙为某电学仪器原理图,图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻可等效为该电学仪器电压输出部分,该部分与一理想变压器的原线圈连接;一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为、,在交流电源的电压有效值不变的情况下,调节可变电阻R的过程中,当__________时,R获得的功率最大。
【答案】(1)D (2)少
(3)800 (4)
【解析】
【小问1详解】
变压器的铁芯,它的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成。
故选D。
【小问2详解】
根据变流比可知,匝数少的线圈电流大,则应用较粗的导线,即导线粗的线圈匝数少。
【小问3详解】
观察发现,总是略小于的一半,考虑变压器不是理想变压器,有漏磁现象,故是原线圈电压,根据变压比可知,原线圈匝数为800匝。
【小问4详解】
将左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为一个新电源,根据题意等效电动势为,内阻为R0,将右侧实线框 的变压器与可变电阻R等效为一个用电器,等效电阻为
理想变压器不消耗功率,则等效电阻消耗的功率等于可变电阻R消耗的功率,则有
根据数学函数规律可知,当效电阻等于可变电阻R时,消耗功率最大,则有
结合上述解得
四、计算题:本大题共3小题,共40分。
13. 轻质细线吊着一质量为m=0.42kg、边长为L=1m、匝数n=10的正方形线圈,其总电阻为r=1Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场,如图甲所示。磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示。(g=10m/s2)
(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针;
(2)求线圈的电功率;
(3)求在t=4s时轻质细线的拉力大小。
【答案】(1)逆时针;(2)0.25W;(3)1.2N
【解析】
【详解】(1)当线圈下半部分的垂直纸面的磁场增大,由楞次定律知线圈中会产生垂直纸面向外的感应磁场,由安培定则可知,感应电流的方向为逆时针方向。
(2)由法拉第电磁感应定律得
则
(3)由欧姆定律可知
由题图乙可知,t=4s时,B=0.6T,进而有
联立解得
14. 有一台发电机通过升压和降压变压器给用户供电,已知发电机的输出功率是,两端电压为,升压变压器原、副线圈的匝数比为,两变压器之间输电导线的总电阻,降压变压器输出电压,求:
(1)流过输电线的电流
(2)降压变压器的原、副线圈的匝数比;
(3)如果不用变压器,输电导线的热损耗是用变压器时的几倍。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
升压变压器的输出电压
流过输电线的电流
【小问2详解】
降压变压器的原线圈电压
降压变压器的原、副线圈的匝数比
【小问3详解】
使用变压器时,输电导线的热损失为
如果不用变压器,输电导线的热损耗
如果不用变压器,输电导线的热损耗是用变压器时的倍数
15. 如图所示,两条光滑平行导轨所在平面与水平地面的夹角为,两导轨间距为,导轨上端接有一电阻,阻值为,O、P、M、N四点在导轨上,两虚线OP、MN平行且与导轨垂直,两虚线OP、MN间距为,其间有匀强磁场,磁感应强度大小,方向垂直于导轨平面向上。在导轨上放置一质量、长为L、阻值也为R的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。让金属棒从离磁场上边界OP距离d处由静止释放,进入磁场后在到达下边界MN前已匀速。(已知重力加速度大小为,)不计导轨电阻。求:
(1)金属棒刚进入磁场时的速度v的大小;
(2)金属棒刚进入磁场时的加速度a;
(3)金属棒穿过磁场过程中,所用的时间t和金属棒上产生的电热Q。
【答案】(1)4m/s;(2)8m/s,方向平行导轨向上;(3),7J
【解析】
【详解】(1)金属棒从静止释放到刚进入磁场,机械能守恒,有
解得
m/s
(2)根据
则金属棒受到的安培力
N
根据牛顿第二定律得
解得
方向平行导轨向上;
(3)金属棒穿过磁场过程,由能量守恒得
金属棒匀速运动时
金属棒上产生的电热
对m在穿越磁场过程中由动量定理:取沿斜面向下为正,由微元再累加可得
且
得
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2026年春期高2024级第四学期测试
(物理学科)
满分:100分 时间: 75分钟
一、单选题:本大题共7小题,共28分。
1. 在LC振荡电路中,若某个时刻电容器极板上的电荷量正在增加,则( )
A. 电路中的电流正在增大 B. 电路中的电场能正在增加
C. 电路中的电容器两端的电压不变 D. 电路中的电场能正在向磁场能转化
2. 如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一圆形导线框R,R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向。则在时间内,下列判断正确的是( )
A. 线框R整体所受安培力方向始终向左
B. 线框R中感应电流在时改变方向
C. 线框R的面积始终有扩张的趋势
D. 线框R中感应电流的方向始终沿顺时针方向
3. 一个矩形导线框abcd全部处于水平向右的匀强磁场中,绕一竖直固定轴OO′匀速转动,如图所示,ad边水平向右,导线框转动过程中磁通量的最大值为Φm产生感应电动势的有效值为E,则( )
A. 导线框转动的周期为
B. 当穿过导线框的磁通量为零时,线框的电流方向发生改变
C. 当导线框的磁通量为零时,导线框磁通量的变化率为E
D. 从磁通量最大的位置开始计时,导线框产生感应电动势的瞬时值为Esin()
4. 如图所示,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻。闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin 10πt (V),则( )
A. 该交变电流的频率为10 Hz
B. 该电动势的有效值为10 V
C. 电路中理想交流电流表A的示数为0.71 A
D. 若将“10 V 100 μF”的电容器并联在发电机两端,则电容器可能被击穿
5. 将两个完全相同的线圈a、b放入不同的磁场中,磁场方向均垂直于线圈平面。a、b所处磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图甲、乙所示,则a、b线圈的电功率之比为( )
A. B. C. D.
6. 如图所示,直角三角形ABC区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,AB边长为2L,直角三角形导线框abc与直角三角边ABC相似,ab边长为L,,线框在纸面内,且bc边和BC边在同一直线上,bc边为导线,电阻不计,ab边和ac边由粗细均匀的金属杆弯折而成。现用外力使线框以速度v匀速向右运动通过磁场区域,则线框通过磁场的过程中,线框曲边的电势差Uab随时间变化的关系图象正确的是( )
A. B. C. D.
7. 如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U,理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是( )
A. 保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变
B. 保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大
C. 保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大
D. 保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小
二、多选题:本大题共3小题,共18分。
8. 如图所示,两个小灯泡规格相同,L是自感系数很大,内阻可以忽略的线圈。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关瞬间,瞬间变亮
B. 闭合开关瞬间,缓慢变亮,瞬间变亮
C. 闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,闪亮一下再缓慢熄灭
D. 闭合开关,待电路稳定后再断开开关瞬间,流过灯泡的电流方向反向
9. 如图所示,同种导体材料制成的扇形线圈OAB的半径为a、圆心角为,电阻为R。MN上方有一匀强磁场,磁感应强度为B,现使线圈在时从图示位置开始绕垂直于纸面且过O点的轴以角速度逆时针匀速转动,下列说法正确的是( )
A. 从开始线圈转过时,O点电势比A点电势低
B. 从开始线圈转过时,O点电势比A点电势高
C. 从开始线圈转过的过程中,流经线圈的电荷量为
D. 转动一周,线圈中电流的有效值为
10. 随着我国航空母舰数量的增加,我国海上军事力量进一步加强,新一代航母阻拦系统将采用电磁阻拦技术,基本原理如图所示,飞机着舰时关闭动力系统,利用尾钩钩住绝缘阻拦索并拉动轨道上的一根金属棒ab,导轨间距为d,飞机质量为M,金属棒质量为m,飞机着舰后与金属棒以共同速度进入磁场,轨道端点MP间电阻为R,金属棒电阻为r,不计其它电阻和阻拦索的质量。轨道内有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度为B。金属棒运动一段距离x后与飞机一起停下,测得此过程中电阻R产生的焦耳热为Q,不计一切摩擦,则( )
A. 金属棒以速度进入磁场时的加速度大小为
B. 整个过程中通过电阻R的电荷量为
C. 经过位置时,金属棒克服安培力做功的功率小于
D. 通过最后的过程中,金属棒上产生的焦耳热为
三、实验题:本大题共2小题,共14分。
11. 某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素
(1)通过实验得知:当磁体向上运动时,电流计指针向右偏转,此时线圈中磁通量在___________(选填“增加”或“减少”)。
(2)为进一步探究影响感应电流方向的因素,该小组设计了如图b的电路。若图b电路连接正确,在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最___________(选填“左”或“右”)端。
(3)若图b电路连接正确,开关闭合后,将铁芯从线圈P中快速抽出时,观察到电流计指针___________(选填“偏转”或“不偏转”)。
12. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器结构如图甲所示。
(1)变压器的铁芯,它的结构和材料是__________。(填字母)
A. 整块硅钢铁芯 B. 整块不锈钢铁芯
C. 绝缘的铜片叠成 D. 绝缘的硅钢片叠成
(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数__________。(填“多”或“少”)
(3)用匝数匝和匝的变压器,实验测量数据如表:
1.80
2.80
3.80
4.90
4.00
6.01
8.02
9.98
根据测量数据可判断原线圈匝数为__________匝。(填“400”或“800”)
(4)图乙为某电学仪器原理图,图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻可等效为该电学仪器电压输出部分,该部分与一理想变压器的原线圈连接;一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为、,在交流电源的电压有效值不变的情况下,调节可变电阻R的过程中,当__________时,R获得的功率最大。
四、计算题:本大题共3小题,共40分。
13. 轻质细线吊着一质量为m=0.42kg、边长为L=1m、匝数n=10的正方形线圈,其总电阻为r=1Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场,如图甲所示。磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示。(g=10m/s2)
(1)判断线圈中产生的感应电流的方向是顺时针还是逆时针;
(2)求线圈的电功率;
(3)求在t=4s时轻质细线的拉力大小。
14. 有一台发电机通过升压和降压变压器给用户供电,已知发电机的输出功率是,两端电压为,升压变压器原、副线圈的匝数比为,两变压器之间输电导线的总电阻,降压变压器输出电压,求:
(1)流过输电线的电流
(2)降压变压器的原、副线圈的匝数比;
(3)如果不用变压器,输电导线的热损耗是用变压器时的几倍。
15. 如图所示,两条光滑平行导轨所在平面与水平地面的夹角为,两导轨间距为,导轨上端接有一电阻,阻值为,O、P、M、N四点在导轨上,两虚线OP、MN平行且与导轨垂直,两虚线OP、MN间距为,其间有匀强磁场,磁感应强度大小,方向垂直于导轨平面向上。在导轨上放置一质量、长为L、阻值也为R的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。让金属棒从离磁场上边界OP距离d处由静止释放,进入磁场后在到达下边界MN前已匀速。(已知重力加速度大小为,)不计导轨电阻。求:
(1)金属棒刚进入磁场时的速度v的大小;
(2)金属棒刚进入磁场时的加速度a;
(3)金属棒穿过磁场过程中,所用的时间t和金属棒上产生的电热Q。
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