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在电磁感应现象中,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种。产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”,在“电源”内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能。

(1)电动汽车具有零排放、噪声低、低速阶段提速快等优点。电动机是电动汽车的核心动力部件,其原理可以简化为如图甲所示的装置:无限长平行光滑金属导轨相距L,导轨平面水平,电源电动势为E,内阻不计。垂直于导轨放置一根质量为m的导体棒MN,导体棒在两导轨之间的电阻为R,导轨电阻可忽略不计。导轨平面与匀强磁场垂直,磁场的磁感应强度大小为B,导体棒运动过程中,始终与导轨垂直且接触良好。闭合开关S,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势E,此时闭合回路的电流大小可用
I
=
E
-
E
R
来计算。
a.在图乙中定性画出导体棒运动的v-t图像,并通过公式推导分析说明电动汽车低速比高速行驶阶段提速更快的原因;
b.电动汽车行驶过程中会受到阻力作用,阻力f与车速v的关系可认为f=kv2,其中k为未知常数。某品牌电动汽车的电动机最大输出功率Pm=180kW,最高车速vm=180km/h,车载电池最大输出电能A=60kW⋅h。若该车以速度v=60km/h在平直公路上匀速行驶时,电能转化为机械能的总转化率为90%,求该电动汽车在此条件下的最大行驶里程s。
(2)均匀变化的磁场会在空间激发感生电场,该电场为涡旋电场,其电场线是一系列同心圆,单个圆上的电场强度大小处处相等,如图丙所示。在某均匀变化的磁场中,将一个半径为r的金属圆环置于相同半径的电场线位置处。从圆环的两端点a、b引出两根导线,与阻值为R的电阻和内阻不计的电流表串接起来,如图丁所示。金属圆环的电阻为R0,圆环两端点a、b间的距离可忽略不计,除金属圆环外其他部分均在磁场外。此时金属圆环中的自由电子受到的感生电场力F即为非静电力。若电路中电流表显示的示数为I,电子的电荷量为e,
求:
a.金属圆环中自由电子受到的感生电场力F的大小;
b.分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念。

【答案】(1)a.导体棒运动的v-t图像见解答;电动汽车低速比高速行驶阶段提速更快的原因见解答;
b.电动汽车在此条件下的最大行驶里程为4.86×104m;
(2)a.金属圆环中自由电子受到的感生电场力F的大小为
IR
e
+
I
R
0
e
2
πr

b.见解答。
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/26 11:36:51组卷:88引用:1难度:0.4
相似题
  • 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:148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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