高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊課后習(xí)題

第一章安培力與洛倫茲力1.磁場對通電導(dǎo)線的作用力1．圖1.1-9的磁場中有一條通電導(dǎo)線，其方向與磁場方向垂直。圖1.1-9甲、乙、丙分別標(biāo)明了電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和安培力三個(gè)量中的兩個(gè)量的方向，試畫出第三個(gè)量的方向。（用“·”表示磁感線垂直于紙面向外，“×”表示磁感線垂直于紙面向里，“⊙”表示電流垂直于紙面向外，“”表示電流垂直于紙面向里。）2.在圖1.1-10中畫出通電導(dǎo)體棒ab所受的安培力的方向。3．圖1.1-11所示為電流天平，可以用來測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時(shí)需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到新的平衡。（1）導(dǎo)出用n、m、l、I表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的表達(dá)式。（2）當(dāng)n＝9，l＝10.0cm，I＝0.10A，m＝8.78g時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？4．有人做了一個(gè)如圖1.1-12所示的實(shí)驗(yàn)：把一根柔軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽中的水銀接觸，觀察通電后的現(xiàn)象。請你分析一下，通電后有可能發(fā)生怎樣的現(xiàn)象？2.磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1.電子的速率v＝3.0×106m/s，沿著與磁場垂直的方向射入B＝0.10T的勻強(qiáng)磁場中，它受到的洛倫茲力多大？2.試判斷圖1.2-10所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受到的洛倫茲力的方向。3.在圖1.2-11所示的平行板器件中，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，所以叫作速度選擇器。試證明帶電粒子具有速度v＝E/B時(shí)，才能沿著圖示虛線路徑通過這個(gè)速度選擇器。4.一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖1.2-12所示。平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個(gè)直流電源的兩個(gè)電極。（1）A、B板哪一個(gè)是電源的正極?（2）若A、B兩板相距為d，板間的磁場按勻強(qiáng)磁場處理，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，這個(gè)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢是多大？5.我們已經(jīng)知道，垂直于勻強(qiáng)磁場磁感線的通電導(dǎo)線所受的安培力F＝ILB，由此，我們用B＝eq\f(F,IL)來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度。同樣，運(yùn)動(dòng)方向垂直于勻強(qiáng)磁場磁感線的帶電粒子所受的洛倫茲力F＝qvB，由此也可以用洛倫茲力來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，這樣得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式是怎樣的？把這個(gè)定義式與電場強(qiáng)度的定義式E＝eq\f(F,q)進(jìn)行對比，這兩個(gè)定義式的差別在哪里？通過對這兩個(gè)定義式的對比，你能獲得哪些認(rèn)識(shí)？3.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)例題.一個(gè)質(zhì)量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-19C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場垂直的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場。求：（1）粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。1.電子以1.6×106m/s的速度沿著與磁場垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的勻強(qiáng)磁場中。求電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期。2.已知氚核的質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的3倍，帶正電荷，電荷量為一個(gè)元電荷；α粒子即氦原子核，質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的4倍，帶正電荷，電荷量為e的2倍?，F(xiàn)在質(zhì)子、氚核和α粒子在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求下列情況中它們運(yùn)動(dòng)的半徑之比：（1）它們的速度大小相等；（2）它們由靜止經(jīng)過相同的加速電場加速后進(jìn)入磁場。3.如圖1.3-5所示，一個(gè)質(zhì)量為m、帶負(fù)電荷粒子電荷量為q、不計(jì)重力的帶電粒子從x軸上的P點(diǎn)以速度v沿與x軸成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場中，并恰好垂直于y軸射出第一象限。已知OP＝a，求：（1）勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；（2）帶電粒子穿過第一象限所用的時(shí)間。4.質(zhì)譜儀與回旋加速器1.A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場由靜止開始加速，然后沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是1.08∶1，求A、B的質(zhì)量之比。2.回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為0開始加速。根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)，估算該粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的動(dòng)能。3.如圖1.4-4所示，一束電子以垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B并垂直于磁場邊界的速度v射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿出磁場時(shí)速度方向和原來射入方向的夾角為θ＝60°，求電子的比荷和穿越磁場的時(shí)間。4.回旋加速器兩個(gè)D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近。若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為R，求：（1）粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)；（2）所加交流電源的頻率；（3）粒子加速后獲得的最大動(dòng)能。復(fù)習(xí)與提高A組1.有人說：“通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0的位置上，所受的安培力一定為0，因此，當(dāng)某位置的通電導(dǎo)線不受安培力時(shí)，該位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為0。”你認(rèn)為他說的話對嗎？為什么？2．把一根通電的硬導(dǎo)線放在磁場中，導(dǎo)線所在區(qū)域的磁感線呈弧形，如圖1-1所示。導(dǎo)線可以在空中自由移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線中的電流方向由a向b。（1）描述導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況。（2）虛線框內(nèi)有產(chǎn)生以上弧形磁感線的磁場源，它可能是條形磁體、蹄形磁體、通電螺線管、直線電流。請你分別按每種可能考慮，大致畫出它們的安放位置。3.如圖1-2所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面。當(dāng)線圈內(nèi)通以圖示方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況怎樣？請用以下兩種方法分析：（1）把整個(gè)線圈看成一個(gè)通電螺線管。（2）把線圈截成許多小段，每小段視為通電直導(dǎo)線，分析磁場對各小段導(dǎo)線的作用力。4．如圖1-3所示，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等、夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)在導(dǎo)線中通以電流I時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力為多大？5.一束粒子中有帶正電的，有帶負(fù)電的，還有不帶電的。要想把它們分開，可以用哪些辦法？6.質(zhì)子和α粒子在同一勻強(qiáng)磁場中做半徑相同的圓周運(yùn)動(dòng)。求質(zhì)子的動(dòng)能和α粒子的動(dòng)能之比。7.如圖1-4所示，質(zhì)量為m、長為l的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ。有以下三種磁感應(yīng)強(qiáng)度方向：（1）沿z軸正方向；（2）沿y軸正方向；（3）沿懸線向上。請判斷哪些是可能的，可能時(shí)其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少？如果不可能，請說明原因。復(fù)習(xí)與提高B組1.如圖1-5所示，金屬桿ab的質(zhì)量為m，長為l，通過的電流為I，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面為θ角斜向上，結(jié)果ab靜止于水平導(dǎo)軌上。求：（1）金屬桿ab受到的摩擦力；（2）金屬桿對導(dǎo)軌的壓力。2.如圖1-6所示，寬為l的光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，質(zhì)量為m、長為l的金屬桿水平放置在導(dǎo)軌上?？臻g存在著勻強(qiáng)磁場，當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿恰好能靜止。求：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少有多大？此時(shí)方向如何？（2）若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？3.利用學(xué)過的知識(shí)，請你想辦法把下面的帶電粒子束分開：a.速度不同的電子；b.具有相同動(dòng)能的質(zhì)子和α粒子（α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成，質(zhì)子與α粒子的比荷不同）。4.真空區(qū)域有寬度為l、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向如圖1-7所示，MN、PQ是磁場的邊界。質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子（不計(jì)重力）沿著與MN夾角θ為30°的方向射入磁場中，剛好沒能從PQ邊界射出磁場。求粒子射入磁場的速度大小及在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。5.某一具有速度選擇器的質(zhì)譜儀原理如圖1-8所示，A為粒子加速器，加速電壓為U1；B為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，兩板間距離為d；C為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正粒子（不計(jì)重力），經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：（1）粒子的速度v為多少？（2）速度選擇器兩板間電壓U2為多少？（3）粒子在B2磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？第二章電磁感應(yīng)1.楞次定律1.在圖2.1-9中，線圈M和線圈P繞在同一個(gè)鐵芯上。（1）當(dāng)閉合開關(guān)S的一瞬間，線圈P中感應(yīng)電流的方向如何？（2）當(dāng)斷開開關(guān)S的一瞬間，線圈P中感應(yīng)電流的方向如何？2.在圖2.1-10中CDEF是金屬框，框內(nèi)存在著如圖所示的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)導(dǎo)體AB向右移動(dòng)時(shí)，請用楞次定律判斷MNCD和MNFE兩個(gè)電路中感應(yīng)電流的方向。3.如圖2.1-11所示，導(dǎo)線AB與CD平行。試判斷在閉合與斷開開關(guān)S時(shí)，導(dǎo)線CD中感應(yīng)電流的方向，說明你判斷的理由。4.如圖2.1-12所示，在水平放置的條形磁鐵的N極附近，一個(gè)閉合線圈豎直向下運(yùn)動(dòng)并始終保持水平。在位置B，N極附近的磁感線正好與線圈平面平行，A、B之間和B、C之間的距離都比較小。試判斷線圈在位置A、B、C時(shí)感應(yīng)電流的方向，說明你判斷的理由。5.圖2.1-13中的A和B都是鋁環(huán)，A環(huán)是閉合的，B環(huán)是斷開的，橫梁可以繞中間的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。某人在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用磁鐵的任意一極移近A環(huán)，A環(huán)都會(huì)被推斥，把磁鐵遠(yuǎn)離A環(huán)，A環(huán)又會(huì)被磁鐵吸引。但磁極移近或遠(yuǎn)離B環(huán)時(shí)，卻沒有發(fā)現(xiàn)與A環(huán)相同的現(xiàn)象。這是為什么？2.法拉第電磁感應(yīng)定律1.有一個(gè)1000匝的線圈，在0.4s內(nèi)通過它的磁通量從0.02Wb增加到0.09Wb，求線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢。如果線圈的電阻是10Ω，把一個(gè)電阻為990Ω的電熱器連接在它的兩端，通過電熱器的電流是多大？2.當(dāng)航天飛機(jī)在環(huán)繞地球的軌道上飛行時(shí)，從中釋放一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星與航天飛機(jī)速度相同，兩者用導(dǎo)電纜繩相連。這種衛(wèi)星稱為繩系衛(wèi)星，利用它可以進(jìn)行多種科學(xué)實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有一繩系衛(wèi)星在地球赤道上空沿東西方向運(yùn)行。衛(wèi)星位于航天飛機(jī)的正上方，它與航天飛機(jī)之間的距離是20.5km，衛(wèi)星所在位置的地磁場B＝4.6×10-5T，沿水平方向由南向北。如果航天飛機(jī)和衛(wèi)星的運(yùn)行速度都是7.6km/s，求纜繩中的感應(yīng)電動(dòng)勢。3.動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)如圖2.2-5所示。線圈圓筒安放在永磁體磁極間的空隙中，能夠在空隙中左右運(yùn)動(dòng)。音頻電流通進(jìn)線圈，安培力使線圈左右運(yùn)動(dòng)。紙盆與線圈連接，隨著線圈振動(dòng)而發(fā)聲。這樣的揚(yáng)聲器能不能當(dāng)作話筒使用？也就是說，如果我們對著紙盆說話，揚(yáng)聲器能不能把聲音變成相應(yīng)的電流？為什么？4.如圖2.2-6，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢是否變化？為什么？設(shè)線圈的兩個(gè)邊長分別是l1和l2，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角速度是ω，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。試證明：在圖示位置時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝BSω，式中1＝l1l2，為線圈面積。5.圖2.2-7是電磁流量計(jì)的示意圖。圓管由非磁性材料制成，空間有勻強(qiáng)磁場。當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時(shí)，測出管壁上M、N兩點(diǎn)間的電勢差U，就可以知道管中液體的流量Q——單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積。已知管的直徑為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，試推出Q與U關(guān)系的表達(dá)式。假定管中各處液體的流速相同。電磁流量計(jì)的管道內(nèi)沒有任何阻礙液體流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以常用來測量高黏度及強(qiáng)腐蝕性流體的流量。它的優(yōu)點(diǎn)是測量范圍寬、反應(yīng)快、易與其他自動(dòng)控制裝置配套。6.一長為l的導(dǎo)體棒在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞其一端以角速度ω在垂直于磁場的平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2.2-8），求ab兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢。3.渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1.有一個(gè)銅盤，輕輕撥動(dòng)它，能長時(shí)間地繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。如果在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把蹄形磁鐵的兩極放在銅盤的邊緣，但并不與銅盤接觸（圖2.3-13），銅盤就能在較短的時(shí)間內(nèi)停止。分析這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。2.如圖2.3-14所示，彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵。將磁鐵托起到某一高度后放開，磁鐵能上下振動(dòng)較長時(shí)間才停下來。如果在磁鐵下端放一個(gè)固定的閉合線圈，使磁極上下振動(dòng)時(shí)穿過它，磁鐵就會(huì)很快地停下來。分析這個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，并說明此現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況。3.在科技館中?？吹竭@樣的表演：一根長1m左右的空心鋁管豎直放置（圖2.3-15甲），把一枚磁性比較強(qiáng)的小圓柱形永磁體從鋁管上端放入管口，圓柱直徑略小于鋁管的內(nèi)徑。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，小圓柱自由下落1m左右的時(shí)間不會(huì)超過0.5s，但把小圓柱從上端放入管中后，過了許久它才從鋁管下端落出。小圓柱在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒有感覺到它跟鋁管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，把小圓柱靠著鋁管，也不見它們相互吸引。是什么原因使小圓柱在鋁管中緩慢下落呢？如果換用一條有裂縫的鋁管（圖2.3-15乙），圓柱在鋁管中的下落就變快了。這又是為什么？4.人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)，軌道各處的地磁場的強(qiáng)弱并不相同，因此，金屬外殼的人造地球衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，外殼中總有感應(yīng)電流。分析這一現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化情形。它對衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生怎樣的影響？5.如圖2.3-16所示，水平放置的絕緣桌面上有一個(gè)金屬圓環(huán)，圓心的正上方有一個(gè)豎直的條形磁鐵。請通過分析形成以下結(jié)論：把條形磁鐵向水平方向移動(dòng)時(shí)，金屬圓環(huán)將受到水平方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力的方向跟條形磁鐵運(yùn)動(dòng)的方向相同。4.互感和自感1.圖2.4-7是一種延時(shí)繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。線圈A跟電源連接，線圈B兩端連在一起，構(gòu)成一個(gè)閉合電路。在斷開開關(guān)S的時(shí)候，彈簧K并不會(huì)立刻將銜鐵D拉起而使觸頭C（連接工作電路）離開，而是過一小段時(shí)間后才執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作。延時(shí)繼電器就是因此而得名的。（1）請解釋：當(dāng)開關(guān)S斷開后，為什么電磁鐵還會(huì)繼續(xù)吸住銜鐵一小段時(shí)間？（2）如果線圈B不閉合，是否會(huì)對延時(shí)效果產(chǎn)生影響？為什么？2.李輝用多用表的歐姆擋測量一個(gè)變壓器線圈的電阻，以判斷它是否斷路。劉偉為了使李輝測量方便，沒有注意操作的規(guī)范，用兩手分別握住線圈裸露的兩端讓李輝測量。測量時(shí)表針擺過了一定角度，李輝由此確認(rèn)線圈沒有斷路。正當(dāng)李輝把多用表的表筆與被測線圈脫離時(shí)，劉偉突然驚叫起來，覺得有電擊感（圖2.4-8）。李輝很奇怪，用手摸摸線圈兩端，沒有什么感覺，再摸摸多用表的兩支表筆，也沒有什么感覺。這是什么原因？3.如圖2.4-9所示，L是自感系數(shù)很大的線圈，但其自身的電阻幾乎為0。A和B是兩個(gè)相同的小燈泡。（1）當(dāng)開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度將如何變化？請作出解釋。（2）當(dāng)開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_時(shí)，A、B兩個(gè)燈泡的亮度又將如何變化？請作出解釋。復(fù)習(xí)與提高A組1.如圖2-1所示，條形磁鐵以某一速度v向螺線管靠近，此時(shí)螺線管中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？如果產(chǎn)生，感應(yīng)電流的方向是怎樣的？2.如圖2-2所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，將一個(gè)水平放置的金屬棒ab以某一水平速度拋出，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持水平。不計(jì)空氣阻力，金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小和方向會(huì)發(fā)生變化嗎？說明理由。3.有一邊長l＝0.1m的正方形導(dǎo)線框abcd，質(zhì)量m＝10g，由高度h＝0.2m處自由下落，如圖2-3所示。其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域后，線圈開始做勻速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊dc剛剛開始穿出勻強(qiáng)磁場為止，此勻強(qiáng)磁場區(qū)域?qū)挾纫彩莑。求線框在穿越勻強(qiáng)磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱。g取10m/s2。4.如圖2-4所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)線圈。（1）當(dāng)線圈分別以P1和P2為軸按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在圖中位置，感應(yīng)電流的方向各是怎樣的？（2）當(dāng)角速度恒定時(shí)，上述兩種情況下感應(yīng)電流的大小有什么關(guān)系？（3）若角速度恒定，在圖中位置，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟線圈面積有何關(guān)系？（4）設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.15T，AB為10cm，BC為4cm，角速度120rad/s，求以P1和P2為轉(zhuǎn)軸時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。5.如圖2-5所示，a、b兩個(gè)閉合線圈用同樣的導(dǎo)線制成，匝數(shù)均為10匝，半徑ra＝2rb，圖示區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻減小。（1）a、b線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢之比Ea∶Eb是多少？（2）兩線圈中感應(yīng)電流之比Ia∶Ib是多少？6.如圖2-6所示，電阻Rab為0.1Ω的導(dǎo)體棒ab沿光滑導(dǎo)線框向右做勻速運(yùn)動(dòng)，線框中接有電阻R為0.4Ω。線框放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.1T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線框平面。導(dǎo)體棒ab的長度l為0.4m，運(yùn)動(dòng)的速度v為5m/s。線框的電阻不計(jì)。（1）電路abcd中哪部分相當(dāng)于電源？電動(dòng)勢多大？內(nèi)阻多大？哪個(gè)位置相當(dāng)于電源的正極？哪一部分相當(dāng)于閉合電路中的外電路？（2）ab棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力有多大？（3）ab棒所受安培力的功率有多大？電阻R的發(fā)熱功率有多大？電阻Rab發(fā)熱功率有多大？從能的轉(zhuǎn)化和守恒角度說一說這三個(gè)功率關(guān)系的含義。7.在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一圓形導(dǎo)體環(huán)。規(guī)定導(dǎo)體環(huán)中電流的正方向如圖2-7甲所示，磁場向上為正。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按乙圖變化時(shí)，請畫出導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像。復(fù)習(xí)與提高B組1.國慶閱兵時(shí),我國的JH-7型殲擊轟炸機(jī)在天安門上空沿水平方向自東向西呼嘯而過。該機(jī)的翼展為12.7m，北京地區(qū)地磁場的豎直分量為4.7×10-5T，該機(jī)水平飛過天安門時(shí)的速度為聲速的0.7倍，求該機(jī)兩翼端的電勢差。哪端的電勢比較高？2.如圖2-8，單匝線圈ABCD在外力作用下以速度v向右勻速進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，第二次又以2v勻速進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場。求：（1）第二次進(jìn)入與第一次進(jìn)入時(shí)線圈中電流之比；（2）第二次進(jìn)入與第一次進(jìn)入時(shí)外力做功的功率之比；（3）第二次進(jìn)入與第一次進(jìn)入過程中線圈產(chǎn)生熱量之比。3.如圖2-9所示，固定在勻強(qiáng)磁場中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長為l，其中ab邊是電阻為R的均勻電阻絲，其余三邊是電阻可忽略的銅導(dǎo)線，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向里?，F(xiàn)有一段長短、粗細(xì)、材料均與ab邊相同的電阻絲PQ架在線框上，并以恒定速度v從ad邊滑向bc邊。PQ在滑動(dòng)過程中與導(dǎo)線框的接觸良好。當(dāng)PQ滑過l/3的距離時(shí)，通過aP段電阻絲的電流是多大？4.如圖2-10所示，MN和PQ是兩根互相平行、豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計(jì)。ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿，金屬桿具有一定質(zhì)量和電阻。開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，過段時(shí)間后，再將S閉合。若從S閉合開始計(jì)時(shí)，請畫出金屬桿的速度隨時(shí)間變化的可能圖像，并結(jié)合圖像對金屬桿的受力和運(yùn)動(dòng)變化情況作出解釋。5.圖2-11中的A是一個(gè)邊長為l的方形導(dǎo)線框，其電阻為R。線框以恒定速度v沿x軸運(yùn)動(dòng)，并穿過圖中所示的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。如果以x軸的正方向作為安培力的正方向，線框在圖示位置的時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，請通過計(jì)算作出線框所受的安培力隨時(shí)間變化的圖像，標(biāo)明圖線關(guān)鍵位置的坐標(biāo)值。6.圖2-12是法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖：銅質(zhì)圓盤安裝在水平銅軸上，圓盤位于兩磁極之間，圓盤平面與磁感線垂直。兩銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和圓盤的邊緣接觸。使圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R中就有電流通過。（1）說明圓盤發(fā)電機(jī)的原理。（2）圓盤如圖2-12方向轉(zhuǎn)動(dòng)，請判斷通過R的電流方向。（3）如果圓盤的半徑為r，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T，圓盤全部處在一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場之中。請討論這個(gè)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢與上述物理量的關(guān)系。第三章交變電流1.交變電流1.有人說，在圖3.1-3中，線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大，因而線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大；線圈平面跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量為0，因而感應(yīng)電動(dòng)勢為0。這種說法對不對？為什么？2.圖3.1-3中，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01T，單匝線圈邊長AB為20cm，寬BC為10cm，轉(zhuǎn)速n＝50r/s，求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。3.一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢的峰值Em＝400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝314rad/s，試寫出電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式（設(shè)0時(shí)刻電動(dòng)勢瞬時(shí)值為0）。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2kΩ，電路中電流的峰值為多少？寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。4.如圖3.1-9所示，KLMN是一個(gè)豎直的矩形導(dǎo)線框，全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平方向的勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，MN邊水平，線框繞某一豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在MN邊與磁場方向的夾角到達(dá)30°的時(shí)刻（圖示位置），導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢e的大小是多少？標(biāo)出線框此時(shí)的電流方向。已知線框按俯視的逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。2.交變電流的描述1.我國電網(wǎng)中交變電流的周期是0.02s，1s內(nèi)電流的方向發(fā)生多少次變化？2.一個(gè)電容器，當(dāng)它的兩個(gè)極板間的電壓超過10V時(shí)，其間的電介質(zhì)就可能被破壞而不再絕緣，這個(gè)現(xiàn)象叫作電介質(zhì)的擊穿，這個(gè)擊穿電壓叫作這個(gè)電容器的耐壓值。能否把這個(gè)電容器接在正弦式交流電壓是9V的電路兩端？為什么？3.一個(gè)燈泡，上面寫著“220V40W”。當(dāng)它接在正弦式交流電源上正常工作時(shí)，通過燈絲電流的峰值是多少？4.圖3.2-7是一個(gè)正弦式交變電流的波形圖。根據(jù)i-t圖像求出它的周期、頻率、電流的峰值、電流的有效值。5.有一個(gè)電熱器，工作時(shí)的電阻為50Ω，接在電壓u為Umsinωt的交流電源上，其中Um為311V，ω為100πs-1。該電熱器消耗的功率是多大？6.有A、B、C三條導(dǎo)線，它們與大地之間的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖3.2-8所示。這三個(gè)電壓中，它們的峰值有什么關(guān)系？它們的周期有什么關(guān)系？7.通過某交流電流表的電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖3.2-9所示，該電流表的示數(shù)是多少？3.變壓器1.變壓器為什么不能改變恒定電流的電壓？2.有些機(jī)床（圖3.3-6）為了安全，照明電燈用的電壓是36V，這個(gè)電壓是把380V的電壓降壓后得到的。如果變壓器的原線圈是1440匝，副線圈是多少匝？在某次實(shí)際工作時(shí)輸入電壓只有220V，則輸出電壓是多少？3.當(dāng)變壓器的一個(gè)線圈的匝數(shù)已知時(shí)，可以用下面的方法測量其他線圈的匝數(shù)：把被測線圈作為原線圈，用匝數(shù)已知的線圈作為副線圈，通入交變電流，測出兩線圈的電壓，就可以求出被測線圈的匝數(shù)。已知副線圈有400匝，把原線圈接到220V的交流電路中，測得副線圈的電壓是55V，求原線圈的匝數(shù)。4.變壓器線圈中的電流越大，所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗。街頭見到的變壓器是降壓變壓器，假設(shè)它只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，哪個(gè)線圈應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線？為什么？5.圖3.3-7是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時(shí)輸入電壓不會(huì)有大的波動(dòng)。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，兩條輸電線的總電阻用R0表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻，當(dāng)用電器增加時(shí)，相當(dāng)于R的值減?。ɑ瑒?dòng)片向下移）。如果變壓器上的能量損失可以忽略，當(dāng)用戶的用電器增加時(shí)，圖中各表的讀數(shù)如何變化？4.電能的輸送1.采用110kV高壓輸電，輸送電功率為4800kW的電能，輸電導(dǎo)線中的電流是多少？如果用110V電壓輸送同樣功率的電能，輸電導(dǎo)線中電流是多少？我們在初中曾經(jīng)做過類似的題目，那時(shí)是用直流電路的知識(shí)來處理的。在純電阻的交流電路中，同樣有公式U＝IR和P＝UI。想想看，這里的U和I的含義與初中有什么不同？2.以下是一段關(guān)于輸電線損失功率的推導(dǎo)。將電能從發(fā)電站送到用戶，在輸電線上會(huì)損失一部分功率。設(shè)輸電電壓為U，則功率損失為P損＝UI（1）而U＝IR（2）將（2）式代入（1）式，得到P損＝U2/R（3）由（3）式可知，要減小功率損失P損，就應(yīng)當(dāng)用低壓送電和增大輸電線的電阻R。這段推導(dǎo)錯(cuò)在哪里？3.從發(fā)電站輸出的功率為200kW，輸電線的總電阻為0.05Ω，用1100V和11kV兩種電壓輸電。試估算兩種情況下輸電線上由電阻造成的電壓損失。4.如果用220V和11kV兩種電壓來輸電，設(shè)輸送的電功率、輸電線上功率損失、導(dǎo)線的長度和電阻率都相同，求導(dǎo)線的橫截面積之比。5.某個(gè)小水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為100kW，發(fā)電機(jī)的電壓為250V。通過升壓變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220V。要求在輸電線上損失的功率控制在5kW（即用戶得到的功率為95kW）。請你設(shè)計(jì)兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比。為此，請你計(jì)算：（1）降壓變壓器輸出的電流為多少？輸電線上通過的電流是多少？（2）輸電線損失的電壓為多少？升壓變壓器輸出的電壓是多少？（3）兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比各應(yīng)等于多少？復(fù)習(xí)與提高A組1.下列各情況中，線圈都以角速度ω繞圖3-1中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能產(chǎn)生交變電流的是哪些？請簡述理由。2.有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，它的原、副線圈外部還可以繞線?，F(xiàn)在要測定原、副線圈的匝數(shù)，除有一根足夠長的絕緣導(dǎo)線外，還需要什么器材？簡要說明實(shí)驗(yàn)過程和原理。3.在有效值為220V的交流電路中，接入50Ω的電阻，電流的有效值和最大值各是多少？這時(shí)消耗的功率是多少？4.晚會(huì)上裝飾著120個(gè)彩色小電燈，每個(gè)小燈泡的額定電壓都是4V，工作電流都是0.1A，它們并聯(lián)在一起，由一臺(tái)變壓器供電，小彩燈正常發(fā)光。變壓器的原線圈接在220V的照明電路上，求通過原線圈的電流。5.下列引號(hào)中的文字，是某同學(xué)說的一個(gè)結(jié)論，請你幫他分析這個(gè)結(jié)論錯(cuò)在哪里。“變壓器的原、副線圈之間并未直接用導(dǎo)線相連，而是靠線圈中磁通量的變化傳輸功率，因此，能量在傳輸過程中不會(huì)有損失，變壓器也不會(huì)發(fā)熱。”6.A、B是兩個(gè)完全相同的電熱器，A通以圖3-2甲所示的方波交變電流，B通以圖3-2乙所示的正弦交變電流。兩電熱器的電功率之比PA∶PB等于多少？復(fù)習(xí)與提高B組1.面積均為S的兩個(gè)電阻相同的線圈，分別放在如圖3-3甲、乙所示的磁場中。甲圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場，線圈在磁場中以周期T繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；乙圖中磁場變化規(guī)律為B＝B0cos2πTt，從圖示位置開始計(jì)時(shí)。請比較兩個(gè)線圈：（1）磁通量的變化規(guī)律；（2）感應(yīng)電動(dòng)勢的變化規(guī)律。2.圖3-4甲是某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖3-4乙所示的正弦交流電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w，求：（1）圖中開關(guān)閉合時(shí)電壓表的示數(shù)；（2）變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火？3.如圖3-5所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220V的正弦交流電源上，求：（1）副線圈回路中電阻兩端的電壓；（2）原、副線圈回路中電阻消耗的功率之比。4.圖3-6為某人設(shè)計(jì)的電吹風(fēng)電路圖，a、b、c、d為四個(gè)固定觸點(diǎn)?？蓜?dòng)的扇形金屬觸片P可同時(shí)接觸兩個(gè)觸點(diǎn)。觸片P處于不同位置時(shí)，電吹風(fēng)可處于停機(jī)、吹熱風(fēng)和吹冷風(fēng)三種工作狀態(tài)。n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)。該電吹風(fēng)的各項(xiàng)參數(shù)如下表所示。（1）吹冷風(fēng)時(shí)觸片P位于怎樣的位置？請?jiān)趫D中標(biāo)注。（2）由表格中數(shù)據(jù)計(jì)算出小風(fēng)扇的內(nèi)阻是多少？（3）變壓器原、副線圈的匝數(shù)比nl∶n2是多少？5.有一條河流，河水流量為4m3/s，落差為5m。現(xiàn)利用它來發(fā)電，水電站的總效率為50%，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為350V。水電站到用戶之間要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，兩地間輸電線的總電阻為4Ω，允許輸電線上損耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的5%，用戶所需要電壓為220V，認(rèn)為所用的變壓器都是理想變壓器，求升壓、降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，g取10m/s2。6.如圖3-7所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R。當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，求：（1）通過電阻R的電荷量q；（2）電阻R上所產(chǎn)生的熱量Q。第四章電磁振蕩與電磁波1.電磁振蕩1.一個(gè)LC電路產(chǎn)生電磁振蕩。以橫坐標(biāo)軸表示時(shí)間，縱坐標(biāo)軸既表示電流又表示電壓，試在同一坐標(biāo)系內(nèi)，從某一次放電開始，畫出該電路中電流和電容器兩極板間電壓隨時(shí)間變化的i-t圖像和u-t圖像。2.在上題圖像中的一周期內(nèi)，哪段時(shí)間電場能在增大？電場能最大時(shí)電流和電壓的大小有什么特點(diǎn)？哪段時(shí)間磁場能在增大，磁場能最大時(shí)電流和電壓的大小有什么特點(diǎn)？3.某收音機(jī)中的LC電路，由固定線圈和可調(diào)電容器組成，能夠產(chǎn)生535kHz到1605kHz的電磁振蕩?？烧{(diào)電容器的最大電容和最小電容之比是多少？固定線圈的自感系數(shù)是多少？4.為了測量儲(chǔ)罐中不導(dǎo)電液體的高度，將與儲(chǔ)罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲(chǔ)罐中，電容C可通過開關(guān)S與電感L或電源相連，如圖4.1-5所示。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí)，由電感L與電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流?，F(xiàn)知道平行板電容器極板面積一定、兩極板間距離一定的條件下，平行板電容器的電容與兩極板間是否有電介質(zhì)存在著確定的關(guān)系，當(dāng)兩極板間充入電介質(zhì)時(shí)，電容增大。問：當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度降低時(shí)，所測得的LC回路振蕩電流的頻率如何變化？2.電磁場與電磁波1.“變化的磁場產(chǎn)生電場”，這是麥克斯韋電磁場理論的重要支柱之一。請你通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和一定的邏輯推理，說明這個(gè)結(jié)論的正確性。2.赫茲在1886年做了一個(gè)有名的實(shí)驗(yàn)，證明了電磁波的存在。他把環(huán)狀導(dǎo)線的兩端各固定一個(gè)金屬小球，兩小球之間有一很小間隙，他把這個(gè)裝置放在一個(gè)距離正在放電發(fā)生電火花的感應(yīng)圈不遠(yuǎn)的地方，令他振奮的現(xiàn)象發(fā)生了。他當(dāng)時(shí)看到了什么現(xiàn)象？為什么說這個(gè)現(xiàn)象讓他捕捉到了電磁波？3.你能否用生活中的例子說明電磁波的存在？4.我們通常聽到的聲音是靠聲波來傳播的，而手機(jī)接收的是電磁波。請你小結(jié)一下：聲波和電磁波有哪些地方是相同的？有哪些地方存在著差異？3.無線電波的發(fā)射和接收1.有4個(gè)容易混淆的名詞：調(diào)制、調(diào)幅、調(diào)頻、解調(diào)。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)圖來表明它們的關(guān)系，并說明調(diào)幅與調(diào)頻的區(qū)別。2.請向你的同學(xué)描述：調(diào)幅波（經(jīng)調(diào)幅后的電磁波）圖像的形狀是怎樣的？描述時(shí)，要求用到“載波”“音頻信號(hào)”這兩個(gè)名詞。3.我國第一顆人造衛(wèi)星用20.009MHz和19.995MHz的電磁波發(fā)送信號(hào)，求這兩種電磁波的波長。4.某同學(xué)自己繞制天線線圈，制作一個(gè)最簡單的收音機(jī)，用來收聽中波的無線電廣播。他發(fā)現(xiàn)有一個(gè)頻率最高的中波電臺(tái)收不到，但可以接收其他中波電臺(tái)。為了收到這個(gè)電臺(tái)，他應(yīng)該增加還是減少線圈的匝數(shù)？說明理由。4.電磁波譜1.我們根據(jù)什么說電磁波是一種物質(zhì)？2.波長為0.6μm的紅光，從10m外的交通信號(hào)燈傳到你的眼睛，大約需要多長時(shí)間？這個(gè)距離是波長的多少倍？3．某雷達(dá)站正在跟蹤一架飛機(jī)，此時(shí)飛機(jī)正朝著雷達(dá)站方向勻速飛來。某一時(shí)刻雷達(dá)發(fā)出一個(gè)無線電脈沖，經(jīng)200μs后收到反射波；隔0.8s后再發(fā)出一個(gè)脈沖，經(jīng)198μs收到反射波。求飛機(jī)的飛行速度。4.除了可見光外，紅外線、紫外線、無線電波（中波、短波、微波）、X射線、γ射線，都是電磁波大家族的成員。請?jiān)谶@些看不見的電磁波中，每種選一個(gè)與你關(guān)系最密切的，或者令你印象最深的實(shí)例，按照波長由長至短的順序列舉出來。5.在長長的電磁波譜中，能夠引起視覺的只是波長為400760nm這樣很窄的一部分。有趣的是，太陽輻射的各種波長的電磁波中，也是這部分最強(qiáng)。你怎樣解釋這種“巧合”？復(fù)習(xí)與提高A組1．如圖4-1所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的以下四種磁場中，哪些是能產(chǎn)生電場的？哪些是能產(chǎn)生電磁波的？說明你判斷的理由。2.廣播電臺(tái)的短波、家用微波爐的微波、DVD機(jī)的激光（可見光）、人體透視用的X射線，它們的頻率分別為f1、f2、f3、f4，請將它們按照頻率由小到大排列。3.如圖4-2所示，i-t圖像表示LC振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的圖像。在t＝0時(shí)刻，回路中電容器的M板帶正電。在某段時(shí)間里，回路的磁場能在減小，而M板仍帶正電，則這段時(shí)間對應(yīng)圖像中哪一段？4.已知手機(jī)單端天線的長度為載波波長的eq\f(1,4)時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢在天線中將達(dá)到最大值。如果手機(jī)接收信號(hào)的載波頻率為8.00×108Hz，這種手機(jī)的天線應(yīng)設(shè)計(jì)為多長？復(fù)習(xí)與提高B組1.如圖4-3所示，線圈的自感系數(shù)0.1H，電容器的電容40μF，電阻R的阻值3Ω，電源電動(dòng)勢1.5V，內(nèi)阻不計(jì)。閉合開關(guān)S，待電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后斷開開關(guān)S，LC電路中將產(chǎn)生電磁振蕩。如果規(guī)定線圈中的電流方向從a到b為正，斷開開關(guān)的時(shí)刻t＝0，請畫出電感線圈中電流i隨時(shí)間t變化的圖像，并標(biāo)明關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)值。2.回旋加速器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，被加速的粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，用LC振蕩器作為帶電粒子加速的交流高頻電源，電感L和電容C的數(shù)值應(yīng)該滿足什么條件？3.有波長分別為290m、397m、566m的無線電波同時(shí)傳向收音機(jī)的接收天線，當(dāng)把收音機(jī)的調(diào)諧電路的頻率調(diào)到756kHz時(shí)，問：（1）哪種波長的無線電波在收音機(jī)中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)？（2）如果想接收到波長為290m的無線電波，應(yīng)該把調(diào)諧電路中可調(diào)電容器的電容調(diào)大一些還是調(diào)小一些？4.如圖4-4，LC電路中，電容C為0.4μF，電感L為1mH。已充電的平行板電容器兩極板水平放置。開關(guān)S斷開時(shí)，極板間有一帶電灰塵恰好靜止。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，灰塵在電容器內(nèi)運(yùn)動(dòng)，g取10m/s2。求：（1）從S閉合開始計(jì)時(shí)，經(jīng)2π×10-5s時(shí)，電容器內(nèi)灰塵的加速度大小為多少？（2）當(dāng)灰塵的加速度多大時(shí)，線圈中電流最大？5.某高速公路自動(dòng)測速裝置如圖4-5甲所示，雷達(dá)向汽車駛來的方向發(fā)射脈沖電磁波，每次發(fā)射時(shí)間約為10-6s，相鄰兩次發(fā)射時(shí)間間隔為t。當(dāng)雷達(dá)向汽車發(fā)射電磁波時(shí)，在顯示屏上呈現(xiàn)出一個(gè)尖形波；在接收到反射回來的無線電波時(shí)，在顯示屏上呈現(xiàn)出第二個(gè)尖形波。根據(jù)兩個(gè)波在顯示屏上的距離，可以計(jì)算出汽車至雷達(dá)的距離。顯示屏如圖4-5乙所示，請根據(jù)圖中t1、t、t2的意義，結(jié)合光速c求出汽車車速的表達(dá)式。第五章傳感器1.認(rèn)識(shí)傳感器1.什么是傳感器？它的作用是什么？簡述一下你對傳感器的認(rèn)識(shí)和理解。2.請列舉一個(gè)你認(rèn)為很“神奇”的利用傳感器工作的例子，簡單說明它的原理。3.以下工作中，你認(rèn)為要用什么傳感器？（1）讓孵化器在一定溫度下孵化禽蛋；（2）電梯超出負(fù)載時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示；（3）使汽車排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)的尾氣。2.常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1.按照你對以下幾種傳感器的理解，填寫下面的表格。2.圖5.2-14是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。這種傳感器可以把被測物體位移的大小轉(zhuǎn)換為線圈自感系數(shù)的大小，請定性說明它的工作原理，并嘗試設(shè)計(jì)與線圈3相連的電路。3.電飯鍋中應(yīng)用了溫度傳感器，它的主要元件是感溫鐵氧體，其特點(diǎn)是：常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里點(diǎn)”。電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖5.2-15所示，請結(jié)合溫度傳感器的特點(diǎn)回答以下問題：（1）開始煮飯時(shí)為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示狀態(tài)？為什么？（2）煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)還有一定水分時(shí)，為什么鍋的溫度會(huì)保持100℃而不會(huì)持續(xù)升高？（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？3.利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制裝置1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖5.3-6所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤中央，當(dāng)P端的電勢高于Q端時(shí)，指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí)，電壓表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)?簡述你分析的過程。2.雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時(shí)，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點(diǎn)接通或斷開。日光燈啟動(dòng)器里就有一個(gè)雙金屬溫度傳感器（圖5.3-7）。取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟動(dòng)器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個(gè)U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對觸點(diǎn)。常溫下兩觸點(diǎn)是分離的，溫度升高時(shí)，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點(diǎn)之間的距離，使溫度升高到60℃時(shí)兩觸點(diǎn)恰好接通。請你利用這個(gè)雙金屬溫度傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器自動(dòng)加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60℃時(shí)自動(dòng)通電加熱，高于60℃時(shí)自動(dòng)斷電。3.工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)，二極管導(dǎo)通，沒有光照時(shí)，二極管截止）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動(dòng)開關(guān)，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。請簡述光控繼電器的原理。復(fù)習(xí)與提高A組1.在公共場所裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。你認(rèn)為，手靠近干手機(jī)使傳感器工作，可能的原因是什么？簡述你的理由。2.全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動(dòng)感應(yīng)裝置，該裝置采用的可能是下列哪種類型的傳感器？簡述你的理由。A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.生物傳感器D.紅外線傳感器3.有一種路燈自動(dòng)控制裝置，用光敏電阻作為傳感器，自動(dòng)控制路燈的接通與斷開。光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)（如白天）時(shí)電阻幾乎為0；照射光較弱（如黑天）時(shí)電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉，黑夜打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。1、2兩接線柱連接勵(lì)磁線圈，3、4兩接線柱相當(dāng)于路燈的開關(guān)，分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接。當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于某個(gè)值時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，3、4斷開；當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流小于某個(gè)值時(shí)，3、4接通。現(xiàn)有以下器材：勵(lì)磁線圈電源E1、路燈電源E2、路燈燈泡、勵(lì)磁線圈限流保護(hù)電阻R0、光敏電阻R1、電磁開關(guān)、導(dǎo)線開關(guān)等。利用以上器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路，畫出電路原理圖。畫電路圖時(shí)，光敏電阻符號(hào)