“電與磁”綜合練習題
2007-12-31 00:00:00楊松武黃晏
物理教學探討 2007年10期
一、單項選擇題
1.有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流為I，設每單位體積的導線有n個自由電子，電子電量為e，此時電子的定向移動速度為v，在△t時間內(nèi)，通過導體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為
A.nvs/△t
B.nv△t
C.I△t/e
D.I△t/(Se)
2.如右圖所示，滑線變阻器與另外兩個電阻的阻值相等，現(xiàn)連成三角形接入電路中，當滑線變阻器的滑片P由b向c移動過程中，兩個電表示數(shù)的變化情況為：
A.電壓表的示數(shù)先增大后減小
B.電壓表示數(shù)先減小后增大
C.電流表示數(shù)始終增大
D.電流表示數(shù)先減小后增大
3.宇宙中存在著大量的射線，其中有許多都是高速運動的帶電粒子，如電子、質子、氦原子核等。我們生活的地球表面上每時每刻都會接受到大量的宇宙射線，但是由于地球磁場的存在，可以使這些宇宙射線中大多數(shù)射線粒子改變其運動方向而不能到達地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設有一束帶正電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來，在地球磁場的作用下，它將向什么方向偏轉
A.向東
B.向南
C.向西
D.向北
4.20世紀50年代，科學家提出了地磁場的“電磁感應學說”，認為當太陽強烈活動影響地球而引起磁暴時，磁暴在外地核中感應產(chǎn)生衰減時間較長的電流，此電流產(chǎn)生了地磁場。連續(xù)的磁暴作用可維持地磁場。則外地核中的電流方向為（地磁場N極與S極在地球表面的連線稱為磁子午線）
A.垂直磁子午線由西向東
B.垂直磁子午線由東向西
C.沿磁子午線由南向北
D.沿磁子午線由北向南
5.吉他以其獨特的魅力吸引了眾多音樂愛好者，電吉他與普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安裝了一種叫做“拾音器”的裝置，能將琴弦的振動轉化為電信號，電信號經(jīng)擴音器放大，再經(jīng)過揚聲器就能播出優(yōu)美音樂聲。如圖是拾音器的結構示意圖，多匝線圈置于永久磁鐵與鋼制的琴弦（電吉他不能使用尼龍弦）之間，當弦沿著線圈振動時，線圈中就會產(chǎn)生感應電流。關于感應電流，以下說法正確的是
A.琴弦振動時，線圈中產(chǎn)生的感應電流是恒定的
B.琴弦振動時，線圈中產(chǎn)生的感應電流大小變化，方向不變
C.琴弦振動時，線圈中產(chǎn)生的感應電流大小不變，方向變化
D.琴弦振動時，線圈中產(chǎn)生的感應電流大小和方向都會發(fā)生變化
6.如圖所示，正方形導線框abcd的邊長為L=10cm，線框平面位于豎直面內(nèi)，上下兩邊處于水平狀態(tài)。當它從某高處落下時通過一勻強磁場，磁場方向垂直于線框平面，線框的ab邊剛進入磁場時，由于安培力的作用使得線框恰能勻速運動。已知磁場的寬度h=4L，線框剛進磁場時的速度v0=2.5m/s。那么若以向下為力的正方向，則線框通過磁場區(qū)域過程中所受安培力的圖象是以下四圖中的
7.如圖所示，將一個正方形導線框ABCD置于一個范圍足夠大的勻強磁場中，磁場方向與其平面垂直?，F(xiàn)在AB、CD的中點處連接一個電容器，其上、下極板分別為a、b，讓勻強磁場以某一速度水平向右勻速移動，則
A.ABCD回路中可能要產(chǎn)生感應電流
B.A與D、B與C間沒有電勢差
C.電容器a、b兩板分別帶上正電和負電
D.電容器a、b兩板分別帶上負電和正電
8.沿曲線dpa打到屏MN上的a點，通過pa段用時為I2若該微粒經(jīng)過P點時，與一個靜止的不帶電微粒碰撞并結合為一個新微粒，最終打到屏MN上。兩個微粒所受重力均忽略。新微粒運動的
A.軌跡為pb，至屏幕的時間將小于t
B.軌跡為pc，至屏幕的時間將大于t
C.軌跡為pb，至屏幕的時間將等于t
D.軌跡為pa，至屏幕的時間將大于t
二、多項選擇題
9.如圖甲所示，電流恒定的通電直導線MN，垂直平放在兩條相互平行的水平光滑長導軌上，電流方向由M指向N，在兩軌間存在著豎直磁場，取垂直紙面向里的方向為磁感應強度的正方向，當t=0時導線恰好靜止，若B按如圖乙所示的余弦規(guī)律變化，下列說法正確的是
A.在最初的一個周期內(nèi)，導線在導軌上做機械振動
B.在最初的一個周期內(nèi)，導線一直向左運動
C.在最初的半個周期內(nèi)，導線的加速度先增大后減小
D.在最初的半個周期內(nèi)，導線的速度先增大后減小
10.如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是
A.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓
B.當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓
C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次
D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次
11.如圖所示，光滑的矩形金屬框架中串入一只電容器，金屬棒ab在外力作用下向右運動，運動一段距離后突然停止，金屬棒停止運動后不再受該系統(tǒng)以外其他力的作用，框架足夠長，框架平面水平，則以后金屬棒運動情況不可能是
A.向右做初速為零的勻加速運動
B.先向右勻加速運動后勻速運動
C.在某一位置附近振動
D.向右先做加速度變小的加速運動，后又做勻速運動
12.兩根相距為L的足夠長的金屬直角導軌如圖所示放置，它們各有一邊在同一水平內(nèi)，另一邊垂直于水平面。質量均為m的金屬細桿ab、cd與導軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ，導軌電阻不計，回路總電阻為2R。整個裝置處于磁感應強度大小為B，方向豎直向上的勻強磁場中。當ab桿在平行于水平導軌的拉力F作用下以速度V1沿導軌勻速運動時，cd桿也正好以速度V2向下勻速運動。重力加速度為g。以下說法正確的是
A.ab桿所受拉力F的大小為μmg+B2L2V1/2R
B.cd桿所受摩擦力為零
C.路中的電流強度為BL（V1+V2）/2R
D.μ與V1大小的關系為μ=2Rmg/B2L2V1
三、實驗題
13.電子技術興趣小組為了研究某種二極管的特性，用如圖所示的電路測定該元件的伏安特性線。實驗發(fā)現(xiàn)當電源反接時，電路中無電流，當正向電壓較小時也無電流，記錄的部分數(shù)據(jù)如下表。
(1)請根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)用描點法在所給的坐標紙上作出這個二極管的U-I圖線；
（2）若電源的電動勢為6V，內(nèi)阻不計。當電流表示數(shù)為12.0mA時，滑動變阻器接入電路的電阻為Ω。
14.聽說水果也能做電池，某興趣小組的同學用一個檸檬作為電源，接了如右圖所示電路。電路中R是可變電阻箱，其阻值可調且可讀出其接入電路中電阻的大小。他們多次改變電阻箱的電阻值，記錄下相應的電流表示數(shù)，算出電流的倒數(shù)，數(shù)據(jù)填在圖二的表中
（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下圖中畫出該實驗的R-1/I關系圖線
（2）利用圖線可求出該檸檬電池的電動勢為____________V，內(nèi)阻為__________Ω。
（3）完成實驗后，該興趣小組的同學初步得出了水果作為電池不實用的物理原因是：
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15.某學生為了測量一物體的質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示。測量時先調節(jié)輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為零；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U。
現(xiàn)有下列器材：力電轉換器、質量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、開關及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）。
(1)設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調，并且使電壓的調節(jié)范圍盡可能大，在上面方框中畫出完整的測量電路圖。
（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質量m。
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（3）請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。
四、計算題
16.如圖所示為一測速計原理圖，其基本原理是把速度這一力學量轉換為電學量進行測量，滑動頭P與某運動物體相連，當P勻速滑動時，電流表有一定的電流通過，從電流表示數(shù)可得運動物體速度，已知電源電動勢E=4V，內(nèi)阻r=10Ω，AB為粗細均勻的電阻絲，其阻值為R=30Ω，長度L=30cm，電容器的電容C=50μF，今測得電流表示數(shù)為0.05mA，方向由b流向a，試求運動物體的速度大小和運動方向（通過電阻絲上的電流遠大于電容器的充放電電流）。
17.目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫做磁流體發(fā)電機。這種發(fā)電機與一般發(fā)電機不同，它可以直接把內(nèi)能轉化為電能，它的發(fā)電原理是：將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負電的微粒，而整體來說呈中性）噴射入磁場，磁場中A、B兩平行金屬板上會聚集電荷，產(chǎn)生電壓。設AB兩平行板的面積為S，彼此相距L，等離子體氣體的導電率為G（即電阻率ρ的倒數(shù)）噴入速度為v，板間磁感應強度B與氣流方向垂直，與板相連的電阻的阻值為R。問流過R的電流I為多少？
18.一種半導體材料稱為“霍爾材料”，用它制成的元件稱為“霍爾元件”。這種材料有可定向移動的電荷，稱為“載流子”，每個載流子的電荷量大小為1元電荷，即q=1.6×10-19C。霍爾元件在自動檢測、控制領域得到廣泛應用，如錄像機中用來測量錄像磁鼓的轉速、電梯中用來檢測電梯門是否關閉以自動控制升降電動機的電源的通斷等。在一次實驗中，一塊霍爾材料制成的薄片寬ab=1.0×10-2m、長bc=L=4.0×10-2m、厚h=1×10-3m，水平放置在豎直向上的磁感應強度B=1.5T的勻強磁場中，bc方向通有I=3.0A的電流，如圖所示，沿寬度產(chǎn)生1.0×10-5V的橫向電壓。
（1）假定載流子是電子，a、b兩端中哪端電勢較高？
（2）薄板中形成電流I的載流子定向運動的速率是多少？
19.如圖所示，空間存在著一個范圍足夠大的豎直向下的勻強磁場區(qū)域，磁場的磁感強度大小為B=0.6T。邊長為L=0.5m的正方形金屬框abcd(以下簡稱方框)被固定在光滑的絕緣水平面上，其外側套著一個質量為m=0.4kg、與方框邊長相同U型金屬框架MNPQ（以下簡稱U型框），U型框與方框之間接觸良好且無摩擦。NP、bc、ad三邊的電阻均為r=0.2Ω，其余部分電阻不計。U型框從圖示位置開始以初速度v0=1.2m/s向右以a=-1.5m/s2作勻變速運動。問：
（1）開始時流過U型框的電流大小和方向如何？
（2）開始時方框上ad邊的熱功率多大？
（3）當U型框NP邊與方框bc邊間的距離為0.29m時作用在U型框上的外力大小為多少？
20.如圖a所示是某人設計的一種振動發(fā)電裝置，它的結構是一個半徑為r=0.1m的有20匝的線圈套在輻向形永久磁鐵框槽中，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布［其右視圖如圖（b）］。在線圈所在位置磁感應強度B的大小均為0.2T。線圈的電阻為2Ω，它的引出線接有8Ω的電珠L，外力推動線圈的P端，作往復運動，便有電流通過電珠。當線圈向右的位移隨時間變化的規(guī)律如圖c如示時（x取向右為正）：
（1）試畫出感應電流隨時間變化的圖象［在圖（b）中取逆時針電流為正］。
（2）求每一次推動線圈運動過程中的作用力。
（3）求該發(fā)電機的功率。（摩擦等損耗不計）
參考答案
1.C2.A3.A4.B5.D6.B
7.D8.D9.AD10.BD11.ABC12.AD
13.（1）如下圖
（2）333
14.（1）如下圖所示
（2）ε=（0.75-1.2）V(9000—11000)Ω
(3)電源內(nèi)阻過大
15.（1）設計的電路圖如圖所示。
（2）測量步驟與結果：
①調節(jié)滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零。
②將砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓U0。
③將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓U1。
由U0=km0g，得k=U0/m0g，
測得U=kmg，所以m=m0U/U0.
(3)①可能因為某種原因（如電源電壓、滑動變阻器的阻值等），使轉換器的靜態(tài)輸出電壓調不到零。
②可能待測物體的質量超出轉換器的量程。
16.v=0.1m/s，物體的運動方向向右
17.GSBLv/GSR+L
18.（1）根據(jù)左手定則可確定b端電勢高。
（2）6.7×10-4m/s
19.（1）=1.2A方向Q→P→N→M
（2）0.072W
（3）當它向右經(jīng)過此位置時，有0.33N
當U型框向左經(jīng)過此位置時，有0.87N
20.（1）如下圖
（2）由于線圈每次運動都是勻速直線運動，所以每次運動過程中推力必須等于安培力。
F推=F安=InLB=In(2πr)B=0.5N
（3）發(fā)電機的輸出功率即燈的電功率
P=I2R2=（0.2）2×8W=0.32W
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文
