【題目】發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性 ，源于它們機理上的類似性.直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如圖1、圖2所示的情景.

在豎直向下的磁感應(yīng)強度為的勻強磁場中，兩根光滑平等金屬軌道、固定在水平面內(nèi)，相距為，電阻不計.電阻為的金屬導(dǎo)體棒垂直于、放在軌道上，與軌道接觸良好，以速度（平行于）向右做勻速運動.

圖1軌道端點間接有阻值為的電阻，導(dǎo)體棒受到水平向右的外力作用.圖2軌道端點間接有直流電源，導(dǎo)體棒通過滑輪勻速提升重物，電路中的電流為.

（1）求在時間內(nèi)，圖1“發(fā)電機”產(chǎn)生的電能和圖2“電動機”輸出的機械能；

（2）從微觀角度看，導(dǎo)體棒中的自由電荷所受洛倫茲在上述能量轉(zhuǎn)化中起著重要作用.為了方便，可認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷.

a.請在圖3（圖1的導(dǎo)體棒）、圖4（圖2的導(dǎo)體棒）中，分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖.

b.我們知道，洛倫茲力對運動電荷不做功.那么，導(dǎo)體棒中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉(zhuǎn)化過程中起到作用的呢？請以圖2“電動機”為例，通過計算分析說明.

【答案】（1）（2）a.見解析圖 b.見解析

【解析】

（1）圖1中，電路中的電流，

棒受到的安培力，

在時間內(nèi)，“發(fā)電機”產(chǎn)生的電能等于棒克服安培力做的功，

有.

圖2中，棒受到的安培力，

在時間內(nèi)，“發(fā)電機”產(chǎn)生的電能等于棒克服安培力做的功，

故.

（2）a.如圖3、圖4所示.

圖3 圖4

b.設(shè)自由電荷所帶電荷量為，沿導(dǎo)體棒定向移動的速度為.

如圖4所示，沿棒方向的洛倫茲力，做負(fù)功，

，

垂直于棒方向的洛倫茲力，做正功，

，

所以，即導(dǎo)體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力所做的功為零.

做負(fù)功，阻礙自由電荷的定向移動，宏觀上表現(xiàn)為“反電動勢”，消耗電源的電源；做正功，宏觀上表現(xiàn)為安培力做正功，使機械能增加.大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將電能轉(zhuǎn)化為等量的機械能，在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到“傳遞”能量的作用.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開頭可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為Lx）．某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表：

照度（lx）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

電阻(k)

75

40

28

23

20

18

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)系（見答題卡）中描繪出阻值隨照度變化的曲線___________，并說明阻值隨照度變化的特點_________．

②如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路．給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖_________．（不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響）

提供的器材如下：

光敏電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；

定值電阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限選其中之一并在圖中標(biāo)出）

開關(guān)S及導(dǎo)線若干．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，菱形線框abcd由四根完全相同的導(dǎo)體捧連接而成，固定在勻強磁場中，菱形所在平面與磁場方向垂直，現(xiàn)將直流電源E連接在菱形線框的a、c兩點之間，此時導(dǎo)體棒ab所受安培力大小為F，若每根導(dǎo)體棒長均為L，a、c兩點間距離為1.5L，則菱形線框abcd所受安培力的大小為

A.F

B.2F

C.3F

D.4F

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】海水中含有大量的正負(fù)離子，并在某些區(qū)域具有固定的流動方向，據(jù)此人們設(shè)計并研制“海流發(fā)電機”，可生產(chǎn)無污染的再生能源，對海洋航標(biāo)燈持續(xù)供電，其工作原理如圖所示，用絕緣防腐材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道上、下兩個表面裝有防腐導(dǎo)電板M，N，板長為a、寬為b（未標(biāo)出），兩板間距為d，將管道沿著海水流動方向固定于海水中，將航標(biāo)燈L與兩導(dǎo)電板M和N連接，加上垂直于管道前后面的勻強磁場（方向如圖），磁感應(yīng)強度大小為B，海水流動方向如圖所示，海水流動速率為v，已知海水的電阻率為，航標(biāo)燈電阻為R，則下列說法正確的是

A.“海流發(fā)電機”對航標(biāo)燈L供電的電流方向是M→L→N

B.“海流發(fā)電機”產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小是U=Bav

C.通過航標(biāo)燈L電流的大小是

D.“海流發(fā)電機”發(fā)電的總功率為

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【題目】如圖所示為遠(yuǎn)距離輸送交流電的示意圖，變壓器均為理想變壓器。隨著用戶負(fù)載增多，發(fā)電機F達(dá)到額定功率時，降壓變壓器輸出功率仍然不足，用戶的用電器不能正常工作.那么，在發(fā)電機以額定功率工作的情況下，為了適當(dāng)提高用戶的用電功率，可采取的措施是（ ）

A.適當(dāng)增大輸電線的電阻r

B.適當(dāng)提高

C.適當(dāng)提高的同時，降低

D.適當(dāng)降低的同時，提高

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【題目】如圖所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個25mH的高頻扼流圈，C是一個100PF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說法正確的是（ ）

A.L的作用是“通低頻，阻高頻”

B.C的作用是“通交流，隔直流”

C.C的作用是“通高頻，阻低頻”

D.通過R的電流中，低頻電流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比

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【題目】如圖所示，有一個等腰直角三角形的勻強磁場區(qū)域其直角邊長為L，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強度大小為B.邊長為L、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框abcd，從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域，取沿abcda的感應(yīng)電流為正，則表示線框中電流i隨bc邊的位置坐標(biāo)x變化的圖象正確的是

A.B.C.D.

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某一電學(xué)黑箱內(nèi)可能有電容器、電感線圈、定值電阻等元件，在接線柱間以如圖所示的“Z”字形連接(兩接線柱間只有一個元件)。為了確定各元件種類，小華同學(xué)把計算機輔助實驗系統(tǒng)中的電流傳感器(相當(dāng)于電流表)與一直流電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)后，分別將AB、BC、CD接入電路，閉合開關(guān)，計算機顯示的電流隨時間變化的圖象分別如圖a、b、c所示，則如下判斷中錯誤的是 (　　)

A. AB間是電容器 B. BC間是電感線圈

C. CD間是電容器 D. CD間是定值電阻

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，MN、PQ和JK、ST為傾角皆為的足夠長的金屬導(dǎo)軌，都處在垂直于斜面的磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中.JK與ST平行，相距L，MN與PQ平行，相距.質(zhì)量分別為2m、m的金屬桿a和b垂直放置在導(dǎo)軌上.已知兩桿在運動過程中始終垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光滑接觸，兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成回路的總電阻始終為R，重力加速度為g.下列說法正確的是（ ）

A.若a固定，釋放b，則b最終速度的大小為

B.若同時釋放a、b，則b最終速度的大小為

C.若同時釋放a、b，當(dāng)b下降高度為h時達(dá)到最大速度，則此過程中兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的電能為

D.若同時釋放a、b，當(dāng)b下降高度為h時達(dá)到最大速度，則此過程中通過回路的電荷量為

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