如图甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够持续闪烁发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为L的导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴O1O2以角速度ω匀速转动,圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OP、OQ、OR,辐条互成120°角。在圆环左半部分分布着垂直圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场,在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯相连(假设LED灯电阻恒为r)。其它电阻不计,从辐条OP进入磁场开始计时。
(1)在辐条OP转过60°的过程中,求通过LED灯的电流;
(2)求圆环每旋转一周, LED灯消耗的电能;
(3)为使LED灯闪烁发光时更亮,可采取哪些改进措施?(请写出三条措施)
提示:由n个电动势和内电阻都相同的电池连成的并联电池组,它的电动势等于一个电池的电动势,它的内电阻等于一个电池的内电阻的n分之一。
解:(1)在辐条OP转过60°的过程中, OP、OQ均处在磁场中,电路的电动势为
2分
电路的总电阻为 1分
由闭合电路欧姆定律,电路的总电流为 2分
通过LED灯的电流 1分
(2)设圆环转动一周的周期为T,在辐条OP转过60°的过程中,LED灯消耗的电能
1分
在辐条OP转过60°~120°的过程中,仅OP处在磁场中,电路的电动势为
2分
电路的总电阻为 1分
由闭合电路欧姆定律,电路的总电流为 2分
通过LED灯的电流 1分
LED灯消耗的电能 1分
圆环每旋转一周,LED灯珠消耗的电能发生三次周期性变化
所以, 1分
(3)例如:增大角速度,增强磁场,增加辐条的长度,减小辐条的电阻等等。 3分
(每写对一条,给1分;措施合理同样给分)
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科目:高中物理 来源:2013-2014学年浙江省杭州市高三第一次高考科目教学质检物理试卷(解析版) 题型:计算题
如图甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为L的金属圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴O1O2以角速度ω匀速转动,圆环上接有电阻均为r的三根导电辐条OP、OQ、OR,辐条互成120°角。在圆环内,圆心角为120°的扇形区域内存在垂直圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场,在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷MN与一个LED灯(可看成二极管,发光时,电阻为r)。圆环及其它电阻不计,从辐条OP进入磁场开始计时。
(1)顺磁感线方向看,圆盘绕O1O2轴沿什么方向旋转,才能使LED灯发光?在不改变玩具结构的情况下,如何使LED灯发光时更亮?
(2)在辐条OP转过60°的过程中,求通过LED灯的电流;
(3)求圆环每旋转一周,LED灯消耗的电能。
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