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电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置,不同的电源非静电力做功的本领有所不同,物理学中用电动势来描述电源的这种特性。
(1)如图所示,固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,金属框两平行导轨间距为l。金属棒MN在外力的作用下,沿框架以速度v向右做匀速直线运动,运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。已知电子的电荷量为-e。在金属棒产生电动势的过程中,请说明是什么力充当非静电力,并求出这个非静电力F的大小;
(2)科学家发现导体两端的温度差也能产生电动势,这种电动势称为温差电动势。我们用图乙所示的简化模型来分析。一段长度为L的直导线AB沿Ox轴放置,A端位于坐标原点处。与恒温热源接触后,A端温度恒为T1,B端温度恒为T2(T2<T1)。假定导线上相同位置处的温度相同,不同位置处的温度沿x方向均匀变化,导线形状随温度的变化忽略不计。从微观上来看,可认为:温度越高,金属离子(即原子失去自由电子后的剩余部分)热运动的平均动能越大,与之相比,自由电子热运动平均动能随温度的变化可以忽略不计。如图乙所示,取导线中长为Δx的一个薄层,自由电子受到左侧金属离子的碰撞比右侧的强,薄层两端就形成了压强差,自由电子会发生定向运动。已知薄层两端的压强差与其两端的温度差成正比,且比例系数为nk,n为单位体积内的自由电子数(假设导线中各处n都相同)k为常数。导线AB的横截面积为S,电荷量为-e,忽略自由电子与金属离子之间及自由电子彼此间的库仑作用。请利用自由电子的受力特点,结合电动势的定义式,推导得出温差电动势的表达式;
(3)特殊温差发电导体AB两端有恒定温差,连接无限长的水平光滑导轨(图丙),若温差电动势的大小与导线两端的温度差成正比,比例系数为S,水平导轨区域磁感应强度为B。导轨上静止放置的导体棒MN电阻为R,质量为m,到刚好稳定的过程中导体棒的焦耳热为Q,忽略其他电阻。求发电导体AB两端的温差。

【答案】(1)洛伦兹力充当非静电力,非静电力F的大小evB;
(2)温差电动势的表达式E=
k
T
1
-
T
2
e

(3)发电导体AB两端的温差
2
Q
B
2
L
2
m
S
2
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:72引用:2难度:0.5
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  • 1.半径为R的金属圆环水平固定,电阻忽略不计。圆环内存在与环面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B。导体棒长为L(L>2R),其单位长度电阻值为r。图(a)中导体棒与圆环相切于O1点,t=0时刻起,从图示位置以速度v匀速向右运动,棒始终与速度方向垂直。图(b)中导体棒与圆环相切于O2点,t=0时刻起,以O2点为轴从图示位置起在水平面内顺时针匀速转过180°,角速度为ω;导体棒扫过整个环面时与环接触良好。

    (1)分析说明图(a)中导体棒扫过整个环面过程中流过导体棒的电流变化情况;
    (2)求图(b)中导体棒两端产生的感应电动势E与时间t的关系式;
    (3)若图(a)、图(b)中导体棒扫过整个环面所用时间相同,试比较两种情况中导体棒运动到虚线(圆环上直径位置)处,流过两导体棒的感应电流大小。

    发布:2024/12/30 1:0:6组卷:99引用:2难度:0.7
  • 2.如图甲所示,在水平面上有一竖直向下的足够宽的矩形匀强磁场区域,磁感应强度B0=0.2T,区域长度L=3m,在紧靠磁场的左边界处的水平面上放置一正方形线框,匝数n=10,边长a=1m,线框电阻R=1Ω,质量m=1kg。现在线框上作用一水平恒力F,使线框从静止开始向右进入磁场中,已知恒力F的大小为10N,线框与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,整个线框完全进入磁场前已经匀速运动,g=10m/s2。当线框刚全部进入磁场开始计时,磁场即以如图乙所示规律变化。下列说法正确的是(  )

    发布:2024/12/29 23:30:1组卷:150引用:3难度:0.5
  • 3.如图,空间某区域内存在沿水平方向的匀强磁场,一正方形闭合金属线框自磁场上方某处释放后穿过磁场,整个过程线框平面始终竖直,线框边长小于磁场区域上下宽度。以线框刚进入磁场时为计时起点,下列描述线框所受安培力F随时间t变化关系的图中,不正确的是(  )

    发布:2024/12/29 20:30:1组卷:234引用:3难度:0.7
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