如图所示,已知电源电动势E=20V,内阻不计,当接入固定电阻R=4Ω时,电路中标有“3V, 6W”的灯泡L和内阻RD =0.5Ω的小型直流电动机D都恰能正常工作.试求:(1)电动机的额定电压;(2)电动机的输出功率.
(14分)一根电阻R=0.6 Ω的导线弯成一个圆形线圈,圆半径r=1 m,圆形线圈质量m=1 kg,此线圈放在绝缘光滑的水平面上,在y轴右侧有垂直线圈平面的磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场,如图15所示.若线圈以初动能E0=5 J沿x轴方向滑进磁场,当进入磁场0.5 m时,线圈中产生的电能为E=3 J.求:(1)此时线圈的运动速度的大小;(2)此时线圈与磁场左边缘两交接点间的电压;(3)此时线圈加速度的大小.
如图14所示,光滑的U形金属导轨MNN′M′水平的固定在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨的宽度为L,其长度足够长,M′、M之间接有一个阻值为R的电阻,其余部分电阻不计.一质量为m、电阻也为R的金属棒ab恰能放在导轨之上,并与导轨接触良好.给棒施加一个水平向右的瞬间作用力,棒就沿轨道以初速度v0开始向右滑行.求:(1)开始运动时,棒中的瞬时电流i和棒两端的瞬时电压u分别为多大?(2)当棒的速度由v0减小到v0/10的过程中,棒中产生的焦耳热Q是多少?
(14分)在拆装某种大型电磁设备的过程中,需将设备内部的处于强磁场中的线圈先闭合,然后再提升直至离开磁场,操作时通过手摇轮轴A和定滑轮O来提升线圈.假设该线圈可简化为水平长为L、上下宽度为d的矩形线圈,其匝数为n,总质量为M,总电阻为R.磁场的磁感应强度为B,如图13所示.开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐,若转动手摇轮轴A,在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场.求此过程中:(1)流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少 ?(2)在转动轮轴时,人至少需做多少功?(不考虑摩擦影响)
(12分)如图12所示,两平行长直金属导轨置于竖直平面内,间距为L,导轨上端有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上,并搁在支架上,导轨和导体棒电阻不计,接触良好,且无摩擦.在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场,方向垂直于纸面向里,磁感应强度为B.开始时导体棒静止,当磁场以速度v匀速向上运动时,导体棒也随之开始运动,并很快达到恒定的速度,此时导体棒仍处在磁场区域内,试求:(1)导体棒的恒定速度;(2)导体棒以恒定速度运动时,电路中消耗的电功率.
(16分)磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场,如图13所示,从ab进入磁场时开始计时.(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象;(2)判断线框中有无感应电流.若有,请判断出感应电流的方向;若无,请说明理由.