高中 | 电磁感应现象 题目答案及解析

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选修3-2

第四章 电磁感应

4.1 划时代的发现

电磁感应现象

台风能够摧毁建筑和树木,破坏作用巨大。

台风来袭前,居民需将花盆等物收进楼内,以防事故。被砸物体受到很大冲击力而损坏,是因为$(\qquad)$

["

坠物下落的速度很大

","

坠物下落的加速度很大

","

撞击过程中,坠物的动量变化很大

","

撞击过程中,坠物的动量变化率很大

"]
[["D"]]

$\rm A$.坠物下落速度大不一定意味着冲击力大,冲击力大小还与作用时间等因素有关,所以仅速度大不能充分说明被砸物体受到很大冲击力的原因,故$A$ 错误。

$\rm B$.坠物下落加速度通常为重力加速度 $g$ ,是一个定值,与冲击力大小的直接关联性不大,故$\rm B$错误。

$\rm C$.撞击过程中坠物动量变化大,但如果作用时间长,冲击力也不一定大,关键在于动量变化的快慢,故$\rm C$错误。

$\rm D$.根据动量定理($Ft=\Delta p$)($F$ 是平均作用力,$t$ 是作用时间,$\Delta p$是动量变化量)

冲击力 $F$ 与动量变化率$\dfrac{\Delta p}{t}$ 成正比,被砸物体受到很大冲击力是因为撞击过程中,坠物的动量变化率很大,故$\rm D$正确。

故选:$\rm D$

台风登录上海,上海中心大夏悬挂的千吨“慧眼”阻尼器随之晃动,减轻了台风对大厦的危害。“慧眼”阻尼器的原理可用图(乙)表示:摆锤的底部附着永磁体,一起在导体板的上方摆动,导体板内产生电涡流。下列判断正确的是$(\qquad)$

["

该装置无需使用外接电源

","

受风力作用,摆锤的振幅持续增大

","

磁场作用力是摆锤做受迫振动的驱动力

","

导体板中产生恒定的电涡流,耗散大厦振动的能量

","

导体板的电阻率越大,阻尼器越不容易停摆

","

阻尼器做受迫振动,振动频率与大楼的振动频率相同

"]
[["AEF"]]

$\rm A$.摆锤摆动时,导体板内产生电涡流是利用电磁感应现象,不需要外接电源,依靠摆锤运动时磁通量变化产生感应电流,故$\rm A$正确;

$\rm B$.阻尼器的作用就是消耗能量,使摆锤的振幅减小,而不是持续增大,故$\rm B$错误;

$\rm C$.风力是摆锤做受迫振动的驱动力,而不是磁场作用力,故$\rm C$错误;

$\rm D$.导体板内产生的电涡流大小是变化的,因为摆锤的摆动情况在变化,导致磁通量变化情况也在变化,并非恒定的电涡流,故$\rm D$错误;

$\rm E$.导体板的电阻率越大,产生电涡流越困难,阻尼效果越差,阻尼器就越不容易停摆,故$\rm E$ 正确;

$\rm F$.阻尼器做受迫振动,其振动频率与驱动力(即大楼的振动频率)相同,故$\rm F$ 正确。

故选:$\rm AEF$

台风往往伴随大雨。建立沿水平方向为$x$轴、竖直向下为$y$轴的坐标系,一雨滴分别在两个坐标轴方向的运动图像如图所示。$0\sim 2\;\rm s$的时间内,雨滴做                 运动;$t=2\;\rm s$时,雨滴的速度大小为                 $\;\rm m/s$

[["匀加速曲线","$10$"]]

$x$ 方向图像可知,雨滴在 $x$ 方向做初速度为零的匀加速直线运动,速度 $v_{x} =\dfrac{6}{2}t=3t$

$y$ 方向图像可知,雨滴在$y$方向做匀速运动,根据合运动与分运动的关系知雨滴做匀加速曲线运动,$t=2\;\rm s$时,雨滴的速度大小为$v=\sqrt{(3 \times 2)^{2}+8^{2}}=10\;\rm \text{m/s}$

虽然台风有破坏性,但风力可以发电。已知发电机可将风动能的$20\%$转化为电能,空气密度$\rho=1.3\;\rm kg/m^{3}$,三个叶片与风力作用的总有效面积$S=30\;\rm m^{2}$,当地常态风速$v=10\;\rm m/s$

①台风来袭时,风速可达$40\;\rm m/s$,其发电功率是常态下功率的                 倍。

②若发电机常态下平均每天工作$20\;\rm h$,每户居民平均每天用电$2.6\;\rm kW·h$,则每台发电机可供                 户居民用电。

[["$64$","$30$"]]

根据风能公式$E_{{k}}= \dfrac{1}{2}mv^{2}$$m$为空气质量,$v$为风速)

$m=\rho V=\rho Svt$

则风能$E_{\text{k}}=\dfrac{1}{2}\rho Sv^{3}t(\eta=20\%)$

发电机的发电功率$P=\dfrac{W}{t}=\eta \cdot \dfrac{1}{2}\rho Sv^{3}$

$P ∝ v^{3}$

则台风来袭时与常态时的发电功率之比为$\dfrac{P_{2}}{P_{1}}=\dfrac{40^{3}}{10^{3}}=64$

故台风来袭时,其发电功率是常态下功率的$64$倍。

常态下发电功率$P_{1}=\eta \cdot \dfrac{1}{2}\rho S{v_{1}}^{3}=20\% \times \dfrac{1}{2} \times 1.3 \times 30 \times 10^{3}=3.9 \times 10^{3}\;\text{W}=3.9\;\rm \text{kW}$

每天都发电量为$W=P_{1}t=3.9\;\rm kW \times 20\;h=78\;\rm kW ⋅ h$

可供居民户数$n=\dfrac{78\;\rm \text{kW} \cdot \text{h}}{2.6\;\rm kW \cdot \text{h}}=30$

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