高中物理焦耳定律试题

如图(a)所示，斜面倾角为37⁰，一宽为l=0.43m的有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁场边界与斜面底边平行．在斜面上由静止释放一正方形金属线框，线框沿斜面下滑，下边与磁场边界保持平行．取斜面底边重力势能为零，从线框开始运动到恰好完全进入磁场的过程中，线框的机械能E和位移s之间的关系如图(b)所示，图中①、②均为直线段．已知线框的质量为m=0.1kg，电阻为R=0.06Ω，重力加速度取g=l0m/s²．求：

(1)金属线框与斜面间的动摩擦因数；
(2)金属线框刚进入磁场到恰完全进入磁场所用的时间；
(3)金属线框穿越磁场的过程中，线框中产生的最大电功率（本小题保留两位有效数字）.

一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内，线框平面与磁场垂直，线框的右边紧贴着磁场边界，如图甲所示。t＝0时刻对线框施加一水平向右的外力，让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场，外力F随时间t变化的图象如图乙所示。已知线框质量m＝1 kg、电阻R＝ 1Ω，以下说法错误的是

A．线框做匀加速直线运动的加速度为1 m/s^2

B．匀强磁场的磁感应强度为2T

C．线框穿过磁场的过程中，通过线框的电荷量为C

D．线框边长为1 m

进入21世纪，低碳环保、注重新能源的开发与利用的理念，已经日益融入生产、生活之中。某节水喷灌系统如图所示，喷口距地面的高度h=1.8m，能沿水平方向旋转，喷口离转动中心的距离a=1.0m水可沿水平方向喷出，喷水的最大速率v₀=10m/s，每秒喷出水的质量m₀=7.0kg。所用的水是从井下抽取的，井中水面离地面的高度H=3.2m，并一直保持不变。水泵由电动机带动，电动机电枢线圈电阻r=5.0Ω。电动机正常工作时，电动机的输入电压U=220V，输入电流I=4.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的最大输入功率。水泵的输出功率与输入功率之比称为水泵的抽水效率。（计算时π取3，球体表面积公式）试求：

⑴求这个喷灌系统所能喷灌的最大面积S；
⑵假设系统总是以最大喷水速度工作，求水泵的抽水效率η；
⑶假设系统总是以最大喷水速度工作，在某地区将太阳能电池产生的电能直接供该系统使用，根据以下数据求所需太阳能电池板的最小面积S_min。
（已知：太阳光传播到达地面的过程中大约有30％的能量损耗，太阳辐射的总功率，太阳到地球的距离，太阳能电池的能量转化效率约为15％。）

伏安法可以测纯电阻，也可以测非纯电阻电学元件的输入电压和电流，从而求出其输入功率。用如图（A）所示的电路可以测定一个额定电压为6V、额定功率为3W的直流电动机的电功率。
（1）下面的实物连接图就是测直流电动机的输入功率的实物连接图，请根据实物连接图在虚线框内画出实验电路图；（直流电动机的符号用表示）

（2）实验中保持电动机两端电压U恒为6V，重物每次上升时选取匀速上升阶段，测量其上升的高度h和时间t，h每次均为1.5m，所测物理量及测量结果部分数值（空缺表格部分的数据隐去）如下表所示。

实验次数	1	2	3	4	5	6
电动机的电流(I/A)	0.2	0.4	0.6	0.8	2.5	2.5
提重物重力Mg/N	0.8	2.0	4.0	6.0	6.5	7.0
重物上升时间(t/s)	1.4	1.7	2.3	2.7	电机不转	电机不转

从实验数据中，可以根据某些数据计算出电动机线圈的内阻，其阻值为________Ω。
（3）电动机效率η等于输出的机械功率与输入的电功率的比值，请推导出电动机效率η的表达式为η=_________（用题目中的符号表示）；现在用前4次实验数据（包括空缺表格部分隐去的数据）做出Mg/I—t的图象，如图所示，请由图象给出的数据求出电动机的平均效率        ℅。（结果保留三位有效数字）

如图所示，纸面内有一固定的金属导轨，它由长为的直线段和以点为圆心、半径为、在处开有小缺口的圆环两部分组成. 另一直导线以 为圆心，沿逆时针方向匀速转动，周期为.直导线与导轨接触良好，导轨和直导线单位长度电阻均为．整个空间有磁感应强度为、方向垂直于纸面向外的匀强磁场．当直导线转动到与的夹角为（只考虑到达点之前的情况）时，求

（1）固定导轨消耗的电功率；
（2）圆环缺口两端的电势差．

如图所示，两个有界匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B，方向分别垂直纸面向里和向外，其宽度均为L，距磁场区域的左侧L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，线框一边平行于磁场边界，现用外力F使线框以图示方向的速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定：线框中电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ为正，外力F向右为正。则以下关于线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图象中正确的是

如图所示，固定的光滑金属导轨间距为L，导轨电阻不计，上端a、b间接有阻值为R的电阻，导轨平面与水平面的夹角为θ，且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上．初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v₀．整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．已知弹簧的劲度系数为k，弹簧的中心轴线与导轨平行．

（1）求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向；
（2）当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v，求此时导体棒的加速度大小a；
（3）导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为E_p，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q．

如图所示，MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定，轨距为d。空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B。P、M间接有阻值为3R的电阻。Q、N间接有阻值为6R的电阻，质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上，其有效电阻为R。现从静止释放ab，当它沿轨道下滑距离s时，达到最大速度。若轨道足够长且电阻不计，重力加速度为g。求：

（1）金属杆ab运动的最大速度；
（2）金属杆ab运动的加速度为时，金属杆ab消耗的电功率；
（3）金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中，克服安培力所做的功。

不计电阻的光滑平行轨道EFG、PMN构成相互垂直的L型，磁感应强度为B的匀强磁场方向与水平的EFMP平面夹角θ（θ<45°）斜向上，金属棒ab、cd的质量均为m、长均为L、电阻均为R。ab、cd由细线通过角顶处的光滑定滑轮连接，细线质量不计，ab、cd与轨道正交，已知重力加速度为g。

（1）求金属棒的最大速度v_max；
（2）当金属棒速度为v时，且v小于最大速度v_max时，求机械能损失的功率P₁和电阻的发热功率P₂。

某电子天平原理如图所示，形磁铁的两侧为极，中心为极，两级间的磁感应强度大小均为，磁极的宽度均为的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动（骨架与磁极不接触），随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流可确定重物的质量.已知线圈的匝数为，线圈的电阻为，重力加速度为。问：

（1）线圈向下运动过程中，线圈中感应电流是从端还是端流出？

（2）供电电流是从端还是端流入？求重物质量与电流的关系.

（3）若线圈消耗的最大功率为，该电子天平能称量的最大质量是多少

半径分别为和的同心圆形导轨固定在同一水平面上，一长为，质量为且质量分布均匀的直导体棒置于圆导轨上面，的延长线通过圆导轨的中心，装置的俯视图如图所示；整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为，方向竖直向下；在内圆导轨的点和外圆导轨的点之间接有一阻值为R的电阻（图中未画出）。直导体棒在水平外力作用下以角速度绕逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略，重力加速度大小为，

求：（1）通过电阻的感应电流的方向和大小；

（2）外力的功率。

是一个电热毯示意电路图．R₀是电热毯中的电阻丝，R是与电热毯与电阻丝串联的电阻．电热毯上标有“220V 100W”字样，S是控制电热毯处于加热状态或保温状态的开关．

（1）用学过的公式推理说明开关S断开时，电热毯是处于加热状态还是保温状态？
（2）若要求在保温时电流通过电阻丝R₀每分钟有60J的电能转化为内能，电阻R的阻值是多大？

高频焊接是一种常用的焊接方法，图1是焊接的原理示意图。将半径r=0.10m的待焊接环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化的电流，线圈产生垂直于工件平面的匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面向里，磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示。工件非焊接部分单位长度上的电阻R₀=1.0×10^-3m^-1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍。焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响。求：

（1）0~2.010^-2s和2.010^-2s~3.010^-2s时间内环形金属工件中感应电动势各是多大；
（2）0~2.010^-2s和2.010^-2s~3.010^-2s时间内环形金属工件中感应电流的大小，并在图3中定量画出感应电流随时间变化的i-t图象（以逆时针方向电流为正）；
（3）在t=0.10s内电流通过焊接处所产生的焦耳热。

如图电路，某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0~20Ω，连接电路的实物图如下图所示。

（1）该学生接线中错误的和不规范的做法是____________
A．滑动变阻器不起变阻作用
B．电流表接线有错
C．电压表量程选用不当
D．电压表接线不妥
（2）该同学将电路按正确的电路图连接好，检查无误后，闭合开关，进行实验。某一次电表的示数如图所示，则电压表的读数为___________V，电流表的读数为___________A。

（3）该同学实验完毕，将测量的数据反映在U—I图上（如图所示），根据这一图线，可求出电池的电动势E=___________V，内电阻r=_____________Ω。

如图所示电路，电源内阻，，，灯L标有“3V 1.5W”字样，滑动变阻器最大值为R，当滑片P滑到最右端A时，电流表读数为1A，此时
灯L恰好正常发光，试求：

(1)电源电动势E；
(2)当滑片P滑到最左端B时，电流表读数；
(3)当滑片P位于滑动变阻器的中点时，滑动变阻器上消耗的功率。