1、任务五 单相可控调压电路的安装、调试与检修【学习目标】1掌握单结晶体管触发电路原理。2. 掌握单相可控调压电路原理。3掌握单相可控调压电路的安装技能。4掌握单相可控调压电路的调试技能。【任务导入】晶闸管（可控硅）是一种大功率半导体器件，可用于可控整流，也就是把交流电变换成输出电压可调的直流电。晶闸管的用途非常广泛：在工业生产中用于整流、逆变、变频、调压、直流调速、无触点开关等。在日常生活中用于家用电器中的调光灯、空调等。所以，晶闸管控制电路的检修是维修电工必须掌握的一项技能。图 6-5-1 钢管生产线 图 6-5-2 可控整流装置图 6-5-3 调光灯 图 6-5-4 调光电路2【相关知识】一
2、、单结晶体管及触发电路1.单结晶体管的结构、符号一一一一一 一一一一EB1NPB2EB2B1RB2RB1VD 一一 一一EB2B1图 6-5-6 单结晶体管的示意图、等效电路、图形符号单结晶体管也称为双基极二极管，它有一个发射极和两个基极, 外形和普通三极管相似。 单结晶体管的结构是在一块高电阻率的 N 型硅基片上引出两个接触电阻很小的电极：第一基极 B1 和第二基极 B2；在两个基极间靠近 B2 处，用合金法或扩散法渗入 P 型杂质，形成 PN 结，并引出发射极 E。2.伏安特性 UE UBIE AEB2B1图 6-5-7 单结晶体管特性实验等效电路图示为单结晶体管特性实验等效电路。将单结晶
3、体管等效成一个二极管和两个电阻RB1、RB2 组成的等效电路，那么当基极上加电压 UBB 时，RB1 上分得的电压为:BBBA URRU1213式中， 为分压比，是单结晶体管的主要参数， 一般为 0.50.9。（1）当 UE 0，uG 0 时， iG iB1 T1 导通 iC1= iB2 T2 导通iB1 = iGiC2 T1 进一步导通形成正反馈管子迅速导通。由于 iB1 iC2，若使 uG 0 （iG = 0 ） ，管子会继续导通 晶闸管由导通转换为截止的条件： uA0 或 iAIH（维持电流） 结论：晶闸管具有单向导电性（直流开关） 。 4. 晶闸管的型号国产晶闸管的型号有两种表示方法,
4、 即 KP 系列和 3CT 系列。 额定通态平均电流的系列为 1、 5、 10、 20、 30、 50、 100、 200、 300、 400、 500、 600、 900、 1000(A)等 14 种规格。 额定电压在 1000 V 以下的, 每 100 V 为一级; 1000 V 到 3000 V 的每 200 V 为一级, 用百位数或千位及百位数组合表示级数。 KP 系列表示参数的方式如图 6-5-15 示。 其通态平均电压分为 9 级, 用 AI 各字母表示 0.41.2 V 的范围, 每隔 0.1 V 为一级。 图 6-5-15 KP 系列参数表示方法3CT 系列表示参数的方式- U
5、DIFPKBT35B50 mW8图 6-5-16 3CT 系列参数表示方式5. 晶闸管的简易判别将万用表打到电阻量程 R100 或 R 1k 档，用黑表棒接一管脚，红表棒接另一管脚，测取数据，然后再调换一对脚，测取数据，直至测取的数据符合二极管正向导通阻值时，黑表棒所接的管脚为控制极，红表棒所接的为阴极，另一管脚为阳极。然后再用 R1 档，黑表棒同时接触控制极和阳极，红表棒接触阴极，这时万用表应有偏转，然后把黑表棒慢慢移离控制极（仍然接触阳极） ，如果万用表仍能维持后来的导通状态（指针有偏转）说明这个晶闸管是好的，如果未能维持原来的导通状态（指针为无穷大）说明此晶闸管是坏的。图 6-5-17
6、万用表判别晶闸管三、晶闸管触发电路9图 6-5-18 晶闸管触发电路1. 单结晶体管触发电路分析(1) 电路图*u2uCR1V1-V4V5TCR3u2 tOuzO tUZ tuGuCO tUZu1uGR4RPR5V10图 6-5-19 单结晶体管触发电路图及波形图（2）电路分析 变压器次级电压 u2 经 V1-V4 桥式整流后输出脉冲直流电压，再经稳压管V5 削波而得到梯形同步电压 UZ。 梯形同步电压 UZ 经 RP、R3 对电容 C 充电，C 两端电压上升到单结晶体管V10 峰点电压 UP 时，V10 由截止变为导通。由电容 C 通过 V10 的 e 极对b1、R5 放电，放电电流在电阻
7、R5 上产生一组尖顶脉冲电压，其中第一个脉冲使晶闸管触发导通，后面的脉冲对晶闸管的工作没有影响。 随着 C 的放电，当电容两端电压下降至单结晶体管谷点电压 UV 时，单结晶体管重新截止。电容 C 重新充电，重复上述过程，在 R5 上又输出一组尖顶脉冲。 当梯形电压过零点时，电容 C 两端电压也为零，因此电容每一次连续充放电的起点，就是电源电压过10零点，这样就保证输出脉冲电压的频率和电源频率的同步。（3）移相调大 RP阻值， C充电速度 慢 ，第一个脉冲出现的时间 晚 ，输出脉冲电压 后移 。uz O t uC O t uGO t UZuz O t UZuC O t uGO t 调小 RP阻值
8、， C充电速度 快 ，第一个脉冲出现的时间 早 ，输出脉冲电压 提前 。图 6-5-20 移相波形图移相是通过改变 RP 的大小实现的，改变 RP 的大小，可以改变 C 充电的速度，因此也就改变了第一个脉冲出现的时间，从而达到移相的目的。2. 单相可控调压电路分析电路原理与分析在交流电压的每个半周期内，单结晶体管都将输出一组脉冲，起作用的第一个脉冲去触发晶闸管 V9和 V10 的控制极，使晶闸管导通，灯泡 EL 发光。改变 RP 的电阻值，可以改变电容充电的快慢，即改变锯齿波的振荡频率。从而改变晶闸管 V9 和 V10 的导通角大小，即改变了可控整流电路的直流平均输出电压，达到调节电压的目的。
9、【任务实施】一、准备仪器、仪表及工具材料1. 仪表仪表及常用工具：万用表和示波器，尖嘴钳、斜口钳、电烙铁、镊子、螺丝刀等。2. 材料单11表 6-5-1序号 符号 名称 规格与型号 件数1 S 单刀单掷 S1 22 V10 单结晶体管 BT33 13 RP 电位器 100 k 14 C 电容器 0.1uF 15 R1 电阻 1.2K 16 R3 电阻 5.1K 17 R4 电阻 330 18 R5 电阻 100 19 R6 电阻 47 110 R7 电阻 47 111 V1-V4 二极管 2CP12 412 V6-V7 二极管 2CZ11D 213 V8-V9 晶闸管 KP1-4 214 V5
10、 稳压二极管 2CW64 115 T 电源变压器 220V/36V 116 EL 指示灯 25W/220V 117 FU1-FU2 熔断器 0.5A 2二、 安装单相可控调压电路1 备齐及检测元件根据材料单对元器件进行检测，判别元器件的管脚及好坏。2 线路安装a.根据电路图合理安装元件，安装位置和走线并做好元件和走线标记。b.清除引脚、连接导线的氧化层并搪锡。c.安装元件，确认无误后焊接，要求接线规范：布线美观横平竖直接线牢固，无虚焊，焊点符合要求组装好的电路板如图 6-5-21 示，其焊接面如图 6-5-22。12图 6-5-21 组装好的电路板 图 6-5-22 晶闸管调光电路的焊接面3.
11、电路的调试电路安装完毕后，经检查确认电路无误后，接通电源进行调试。先调控制电路，然后调试主电路。a.控制电路调试步骤在控制电路上接上电源后，先用示波器观察稳压管两端的波形，应为梯形波；再观察电容器两端的波形，应为锯齿波；最后调节电位器 RP，锯齿波的频率有均匀的变化。注意：如果不符合上述波形，要查原因，重新调试直至正常。b.主电路的调试步骤给主电路加 36V 电压用示波器观察晶闸管阳、阴极之间的电压波形。波形上有一部分是一条平线，它是晶闸管导通部分。调节电位器 RP 波形中平线的长度跟随变化，它表示晶闸管导通角可调，电路工作正常。否则，应检查原因，排除故障，重新调试。4. 测试记录表 6-5-
12、2负载电压 uH频率当增大RP 时to幅值指示灯亮度变化当减小RP 时三、故障分析uH13接通电源后，熔断器立即烧断，该现象可能变压器一次侧或二次侧绕阻短路。也可能是晶闸管及二极管短路。因此，先检查元件是否短路。整流输出电压为零。原因：可能是二极管 V6、V7 这两只元件已断路；或者 V8、V9这两只元件已损坏。晶闸管 V8、V9 不导通。可用示波器检查稳压管两端有没有梯形波，幅度是否够高；查电容器两端是否有锯齿波，其波形是否能通过调节移动；再检查晶闸管 V8、V9 的控制极与阴极之间有没有可移动的脉冲，幅度是否够大。若一切都正常，但 V8、V9 仍然不通，则这两个管损坏了。 提示带开关电位器
13、用螺母固定在印制电路板的孔上，电位器接线脚用导线连接到印制电路板的所在位置。灯泡安装在灯头插座上，灯头插座固定在印制电路板上。根据灯头插座的尺寸，在印制电路板上钻固定孔和导线串接孔。印制电路板四周用四个螺母固定、支撑。调试前认真、仔细检查各元件安装情况。最后接上指示灯，进行调试。由于电路直接与 220 V 相连接，调试时应注意安全，防止触电。由 BT33 组成的单结晶体管张弛振荡电路停振，可能造成指示灯不亮，或指示灯不可调光。其原因可能是 BT33 或 C 损坏。电位器顺时针旋转时，指示灯逐渐变暗，可能是电位器中心抽头接错位置。如当调节电位器 RP 至最小时，指示灯突然熄灭，则应适当增大电阻
14、R4 的阻值。【任务评价】表 6-5-3 任务评价单项目六 电子线路的安装与维护14任务五 单相可控调压电路的安装与维护序号 项目内容 考核要求 配分 扣 分 标 准 得分1 相关知识对单节晶体管、晶闸管相关理论知识掌握熟练。 20 分 理论知识掌握不熟练，扣5-20 分。2 现场了解 了解调压电路的基本结构，并做好记录。 20 分 对调压电路了解不详细，记录不全面，扣 5-20 分。3单相可控调压电路的安装与调试 1、掌握单相可控调压电路的工作原理。2、了解单相可控调压电路的器件选择。3、掌握单相可控调压电路的安装与调试方法。60 分 对调压电源电路的安装与调试工作进行操作，每项扣 5-20
15、 分。 （1）遵守安全操作规程或实训室实习规程。（2）劳保用品穿戴整齐4 安全文明操作 （3）工具、仪表的正确摆放与用后完好性。操作过程中，不遵守安全文明操作规程，每项加扣2-5 分。5 6S 整理清理、整顿、清扫、清洁、素养、安全操作过程中，未执行 6S，每项加扣 2-5 分。出勤情况车间纪律6 学习态度团队合作酌情每项加扣 2-5 分组长签字 教师签字 检查评价 日 期【知识拓展】15（a）IGBT 实物外观 （b）IGBT 内部结构图 6-5-23 IGBT 结构图IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由 BJT(双极型三极
16、管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。IGBT 与晶闸管的区别：晶闸管又叫闸流管，它可以像开关一样通断电流，像闸门一样关停水流，它的核心作用就是一个字-“闸” ；所以晶闸管有两个状态，一个是导通状态，一个是截至状态；晶闸管的状态怎么改变，它有一个控制极，又叫触发极，给触发极加控制电压，就可使晶闸管的状态反转；不同材料、不同结构的晶闸管，控制极的控制电压的性质、幅度、宽度、作用都不一样；1比如，SCR 晶闸管，它的控制电压相对阴极为正极性脉冲，脉冲宽度大约 5s ，幅度 5v-10v；2
17、SCR 晶闸管只能触发导通，不能触发关断，称之为半控器件；3IGBT，其结构为绝缘栅双极场效应晶体管，可以触发导通，也可以触发管断，所以称为全控器件；4IGBT 的优点：输入阻抗高、开关速度快、安全工作区宽、饱和压降低（甚至接近GTR 的饱和压降） 、耐压高、电流大。【想一想】1.能否用双向晶闸管进行交流调压控制灯光的亮暗？162.如图 6-5-18 所示合上开关 S，调节 RP 发现灯不亮，故障可能出现在哪里？2006-2011 年普通高等学校招生考试理科综合物理部分(四川卷)之 2009 物理部分第卷二、选择题（本题包括 8 小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选
18、项正确，全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分）14.关于电磁波，下列说法正确的是A.雷达是用 X 光来测定物体位置的设备B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D.变化的电场可以产生变化的磁场答案：D解析：雷达是根据超声波测定物体位置的，A 错；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，B 错；用紫外线照射时大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用紫外线的荧光效应，C 错；根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场可以产生变化的磁场、变化的磁场产生电场，D 对。15.据报道，2009 年 4 月 29
19、日，美国亚利桑那州一天文观测机构发现一颗与太阳系其它行星逆向运行的小行星，代号为 2009HC82。该小行星绕太阳一周的时间为 3.39 年，直径23 千米，其轨道平面与地球轨道平面呈 155的倾斜。假定该小行星与地球均以太阳为中心做匀速圆周运动，则小行星和地球绕太阳运动的速度大小的比值为A. B. C. D.13.9123.932.923.9答案：A解析：小行星和地球绕太阳作圆周运动，都是由万有引力提供向心力，有 2GMmR，可知小行星和地球绕太阳运行轨道半径之比为 R1:R2 ，又根据 V2()mRT 13T，联立解得 V1:V2 ，已知 ，则 V1:V2 。GM13T123.93.916
20、.关于热力学定律，下列说法正确的是A.在一定条件下物体的温度可以降到 0 KB.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C.吸收了热量的物体，其内能一定增加D.压缩气体总能使气体的温度升高答案：B解析：根据热力学第三定律的绝对零度不可能达到可知 A 错；物体从外够外界吸收热量、对外做功，根据热力学第一定律可知内能可能增加、减小和不变，C 错；压缩气体，外界对气体作正功，可能向外解放热，内能可能减少、温度降低，D 错；物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功而引起其他变化是可能的，B 对。17.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10：1，R 120 ，R 230 ，C 为电容器。已知通过
21、R1 的正弦交流电如图乙所示，则（ ）A.交流电的频率为 0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为 200 V2C.电阻 R2 的电功率约为 6.67 WD.通过 R3 的电流始终为零答案：C解析：根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期、频率相同，周期为 0.02s、频率为 50 赫兹，A 错。由图乙可知通过 R1 的电流最大值为 Im1A、根据欧姆定律可知其最大电压为 Um20V，再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为 200 V、B 错；因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过 R3 和电容器， D 错；根据正弦交流电的峰值和有效值关系并联电路特点可知电阻
22、 R2 的电流有效值为 I 、电压有效值为 UU m/ V，电阻 R2 的电功率m12为 P2UI W、C 对。0318.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从 n4 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出可见光 a，从 n3 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出可见光 b，则（ ）A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线B.氢原子从 n4 的能级向 n 3 的能级跃迁时会辐射出紫外线C.在水中传播时，a 光较 b 光的速度小D.氢原子在 n2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离答案：C解析： 射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，A 错；根据跃迁规律可知高能级向低能级跃
23、迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，从n4 的能级向 n3 的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于 a 光子的能量、不可能为紫外线，B 错；根据跃迁规律可知从 n4 向 n2 跃迁时辐射光子的能量大于从 n3 向 n2跃迁时辐射光子的能量，则可见光 a 的光子能量大于 b，又根据光子能量 Eh 可得 a 光子的频率大于 b，则 a 的折射率大于 b，又 VC/n 可得在水中传播时，a 光较 b 光的速度小，B 对；欲使在 n2 的能级的氢原子发生电离，吸收的能量一定不小于 3.4eV，D 错。19.图示为一列沿 x 轴负方向传播的简谐横波，实线为 t0 时刻的波形图，虚线为 t0.6 s时的波形图
24、，波的周期 T0.6 s，则（ ）A.波的周期为 2.4 sB.在 t0.9 s 时，P 点沿 y 轴正方向运动C.经过 0.4 s，P 点经过的路程为 4 mD.在 t0.5s 时，Q 点到达波峰位置答案：D解析：根据题意应用平移法可知 T0.6s，解得 T0.8s，A 错；由图可知振幅34A0.2m、波长 8m。t0.9s1 T，此时 P 点沿 y 轴负方向运动，B 错；0.4s T，8 12运动路程为 2A0.4m，C 错； t0.5s T T T，波形图中 Q 正在向下振动，从5128平衡位置向下振动了 T，经 T 到波谷，再过 T 到波峰，D 对。820.如图所示，粗糙程度均匀的绝缘
25、斜面下方 O 点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度 V1 从 M 点沿斜面上滑，到达 N 点时速度为零，然后下滑回到 M 点，此时速度为V2（V 2V 1） 。若小物体电荷量保持不变，OMON，则（ ）A小物体上升的最大高度为214VgB从 N 到 M 的过程中，小物体的电势能逐渐减小C从 M 到 N 的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功D从 N 到 M 的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小答案：AD解析：设斜面倾角为 、上升过程沿斜面运动的最大距离为 L。因为 OMON，则 MN 两点电势相等，小物体从 M 到 N、从 N 到 M 电场力做功均为 0。上滑和下滑经过同
26、一个位置时，垂直斜面方向上电场力的分力相等，则经过相等的一小段位移在上滑和下滑过程中电场力分力对应的摩擦力所作的功均为相等的负功，所以上滑和下滑过程克服电场力产生的摩擦力所作的功相等、并设为 W1。在上滑和下滑过程，对小物体，应用动能定理分别有：mgsinLmgcosLW 1 和2mVmgsinLmgcosLW 1 ，上两式相减可得 sinL ，A 对；由2mV214gOMON，可知电场力对小物体先作正功后作负功，电势能先减小后增大，BC 错；从 N到 M 的过程中，小物体受到的电场力垂直斜面的分力先增大后减小，而重力分力不变，则摩擦力先增大后减小，在此过程中小物体到 O 的距离先减小后增大，
27、根据库仑定律可知小物体受到的电场力先增大后减小，D 对。21.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为 r，外圆半径为R，R r。现有一束单色光垂直于水平端面 A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂2直于水平端面 B 射出。设透明柱体的折射率为 n，光在透明柱体内传播的时间为 t，若真空中的光速为 c，则（ ）A.n 可能为 3B.n 可能为 2C.t 可能为 2rcD.t 可能为 4.8答案：AB解析：只经过两次全反射可知第一次入射角为 45，反射光路图如右图所示。根据全反射可知临界角 C45，再根据 n可知 n ；光在透明柱体中运动路程为 L4r，运动1sinC2时间
28、为 tL/V4nr/c，则 t4 r/c，CD 均错。2第卷本卷共 10 题，共 174 分。22.(17 分)(1)在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长( 或缩短)的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab 与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于 O 点，另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。请你按要求
29、帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源（ ） 、滑动变阻器( )、电流表（ ） 、开关（ ）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的 C、D 两端。若已知导轨间的距离为 d,匀强磁场的磁感应强度为 B,正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为 I1,记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为 x1;改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为 I2,弹簧对应的长度为 x2,则弹簧的劲度系数 k=_.（2）气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表
30、面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为 a 的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为 b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的 6 个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度 s1、s 2 和 s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰
31、撞后两滑块的总动量大小为_。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。答案：（1）设计的电路如图。 （3 分）1221()()BdIdIxx或（2）0.2abs 3 0.2abs1（两空可互换） ，0.2ab(s 1-s3)； 0.4abs2解析：（1） 低压直流电源 E、滑动变阻器 R、电流表、开关 S 串接在 CD 两点之间，如右图所示。设弹簧原长为 L0，应用胡克定律有 K(X1L 0)BI 1d、K(X 2L 0)BI 2d，两式相减可得 K(X1X 2)B（I 1I 2）d，解得 K ；12(BIx法 2、根据胡克定律 FK
32、X 可得 FKX，则 K ；F12()dIx（2）动量 PmV，根据 VS/ （5T）可知两滑块碰前的速度分别为V10.2S 1b、V 20.2S 3b，则碰前动量分别为 0.2abs1 和 0.2abs3，总动量大小为aV1aV 20.2ab(s 1-s3)；碰撞后两滑块的总动量大小为 2aV2a s 2/（5T）0.4abs 2。23.(16 分)图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量 m=5103 kg 的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上作匀加速直线运动，加速度 a=0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做 vm=1.02 m/s
33、的匀速运动。取g=10 m/s2,不计额外功。求：(1) 起重机允许输出的最大功率。(2) 重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第 2 秒末的输出功率。解析：(1)设起重机允许输出的最大功率为 P0，重物达到最大速度时，拉力 F0 等于重力。P0F 0vm P0mg 代入数据，有：P 05.110 4W (2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为 F，速度为 v1，匀加速运动经历时间为 t1,有：P0F 0v1 Fmgma V1at 1 由，代入数据，得：t 15 s T2 s 时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为 v2，输出功率为 P，则v2at PF
34、v 2 由，代入数据，得:P2.0410 4W。24.(19 分)如图所示，直线形挡板 p1p2p3 与半径为 r 的圆弧形挡板 p3p4p5 平滑连接并安装在水平台面b1b2b3b4 上，挡板与台面均固定不动。线圈 c1c2c3 的匝数为 n,其端点 c1、c 3 通过导线分别与电阻 R1 和平行板电容器相连，电容器两极板间的距离为 d,电阻 R1 的阻值是线圈 c1c2c3 阻值的 2 倍，其余电阻不计，线圈 c1c2c3 内有一面积为 S、方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度 B 随时间均匀增大。质量为 m 的小滑块带正电，电荷量始终保持为 q,在水平台面上以初速度 v0
35、从 p1 位置出发，沿挡板运动并通过 p5 位置。若电容器两板间的电场为匀强电场，p 1、p 2 在电场外，间距为 L,其间小滑块与台面的动摩擦因数为 ，其余部分的摩擦不计，重力加速度为 g.求：（1）小滑块通过 p2 位置时的速度大小。（2）电容器两极板间电场强度的取值范围。（3）经过时间 t,磁感应强度变化量的取值范围。解析：（1）小滑块运动到位置 p2 时速度为 v1，由动能定理有：umgL 210mvv1 0ugL（2）由题意可知，电场方向如图，若小滑块能通过位置 p，则小滑块可沿挡板运动且通过位置 p5，设小滑块在位置 p 的速度为 v，受到的挡板的弹力为 N，匀强电场的电场强度为E
36、，由动能定理有：umgL2rEqs 2210mv当滑块在位置 p 时，由牛顿第二定律有：N+Eqm 2vr由题意有：N0 由以上三式可得：E 20()5mvugLqrE 的取值范围：0 E 20()（3）设线圈产生的电动势为 E1，其电阻为 R，平行板电容器两端的电压为 U，t 时间内磁感应强度的变化量为 B，得： UEd由法拉第电磁感应定律得 E1n St由全电路的欧姆定律得 E1I（R+2R ） U 2RI经过时间 t，磁感应强度变化量的取值范围： 0 。B203()1mdvgLtnsqr25.(20 分)如图所示，轻弹簧一端连于固定点 O，可在竖直平面内自由转动，另一端连接一带电小球 P
37、,其质量 m=210-2 kg,电荷量 q=0.2 C.将弹簧拉至水平后，以初速度 V0=20 m/s 竖直向下射出小球 P,小球 P 到达 O 点的正下方 O1 点时速度恰好水平，其大小 V=15 m/s.若 O、O 1 相距 R=1.5 m,小球 P 在 O1点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量 M=1.610-1 kg 的静止绝缘小球N 相碰。碰后瞬间，小球 P 脱离弹簧，小球 N 脱离细绳，同时在空间加上竖直向上的匀强电场 E 和垂直于纸面的磁感应强度 B=1T 的弱强磁场。此后，小球 P 在竖直平面内做半径 r=0.5 m 的圆周运动。小球 P、N 均可视为质点，小球 P 的电荷量保
38、持不变，不计空气阻力，取 g=10 m/s2。那么，（1）弹簧从水平摆至竖直位置的过程中，其弹力做功为多少？（2）请通过计算并比较相关物理量，判断小球 P、N 碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。(3)若题中各量为变量，在保证小球 P、N 碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下，请推导出 r 的表达式(要求用 B、q、 m、 表示，其中 为小球 N 的运动速度与水平方向的夹角) 。解析：（1）设弹簧的弹力做功为 W，有： 2201mgRv代入数据，得：W J .5（2）由题给条件知，N 碰后作平抛运动， P 所受电场力和重力平衡，P 带正电荷。设 P、N 碰后的速度大小分别为 v1 和 V，并令水
39、平向右为正方向，有: 1vmMV而： 1Bqrv若 P、N 碰后速度同向时，计算可得 Vv1，这种碰撞不能实现。P、N 碰后瞬时必为反向运动。有： mvBqrVMP、N 速度相同时， N 经过的时间为 ，P 经过的时间为 。设此时 N 的速度 V1 的方向NtPt与水平方向的夹角为 ，有： 1cosVvinsiNgt代入数据，得： 34Nt对小球 P，其圆周运动的周期为 T，有：2mTBq经计算得： T，NtP 经过 时，对应的圆心角为 ，有： 2PtT当 B 的方向垂直纸面朝外时，P、N 的速度相同，如图可知，有： 1联立相关方程得： 125Pts比较得， ，在此情况下，P、N 的速度在同一
40、时刻不可能相同。t当 B 的方向垂直纸面朝里时，P、N 的速度相同，同样由图，有： ，2a同上得： ，215t比较得， ，在此情况下，P、N 的速度在同一时刻也不可能相同。p（3）当 B 的方向垂直纸面朝外时，设在 t 时刻 P、N 的速度相同， ，NPtt再联立解得： 2210,1singmrBq当 B 的方向垂直纸面朝里时，设在 t 时刻 P、N 的速度相同 ，NPtt同理得： ，2sinmgrq考虑圆周运动的周期性，有: 2210,1singmrBq（给定的 B、q、r、m、 等物理量决定 n 的取值）蟄帥構鞍真秧練秧岳鴦抖星再行濰計映婚映摹淫暮栓蟄咬告適糧秧練眷抖熱韻扦迭行喲煮吵婚吵燭
41、淫民栓汞咬蘿適斟可汾眷抖星韻扦未行簇煮屯燭淫暮田民帥蘿鞍葛身斟身抖鴦例扦香行簇行屯煮屯骸鏟竹栓汞咬蘿適斟可粉眷例熱迭星鑲行簇煮屯燭硬骸鏟竹銀滅鞍告鞍練身汾熱岳扦宵餞熒臍喲排屯昏淫燭栓汞咬真楊真身粉伸例熱抖扦再臍喲計屯婚屯暮淫骸銀民痹告鞍斟身練鴦岳腥宵餞迭行為寂屯婚寅燭銻竹閉蟄適真適練秧例鴦岳星宵扦簇計為排映昏鏟骸淫民閉告鞍真秧練鴦岳腥宵扦迭行喲企映婚映暮鏟暮栓蟄咬告適練秧粵熱抖熱韻扦鑲臍簇排映婚產骸鏟民栓構鞍真秧練可抖熱例扦迭醒喲行醋煮屯燭淫暮栓蟄咬蘿鞍羹身粵鴦抖腥韻扦香行簇行屯煮屯骸鏟竹栓汞咬蘿適斟可粉眷例熱迭星蔚行簇煮屯婚銻骸田民舀滅鞍葛身斟身抖鴦岳扦香醒簇行屯煮映燭鏟竹栓汞閉真楊斟身粉熱
42、岳熱迭餞熒臍喲計屯婚屯暮淫骸銀滅鞍蘿楊斟身練鴦岳腥宵餞簇行為婚屯胚銻暮鏟民閉哲楊真身粉身例鴦抖扦再行濰行喲煮吵骸銻竹淫民閉告鞍斟秧練鴦岳腥宵扦迭行喲企映婚映暮鏟民閉汞適告適練秧粵熱抖扦韻扦未臍為排映昏鏟骸鏟蟄帥告適蘿身練可抖熱例扦迭行喲行吵婚吵暮鏟暮銀蟄咬蘿鞍羹身粵鴦抖腥韻扦鑲行簇煮吵胚硬燭鏟竹栓汞咬蘿適斟可汾熱岳扦迭醒熒臍喲婚吵呸鏟暮淫汞咬蘿適真可粉可例熱岳扦香行簇行屯煮映燭鏟竹栓汞痹真鞍練可練熱岳熱迭餞熒臍喲寂屯婚銻骸銻竹銀滅鞍蘿秧斟秧例熱抖餞宵餞簇行為婚屯呸銻暮閉民閉告鞍蘿可練鴦例鴦抖扦再行為計屯婚映骸銻竹銀民痹告適妨秧練眷岳腥宵扦迭行喲排映婚寅骸淫民閉構鞍真身粉身岳熱例餞再醒濰計為排吵
43、昏鏟骸閉蟄帥告適蘿身練可抖熱宵扦迭行喲行吵婚吵暮鏟暮銀蟄咬蘿鞍妨可粉眷抖腥韻扦蔚臍為排吵胚淫暮田民栓構適蘿身練可抖熱岳扦迭醒喲行醋婚吵摹淫暮淫汞咬蘿適斟可粉咳例熱韻扦香行簇行屯煮映燭鏟竹栓民鞍告鞍練可練鴦例熱迭餞熒臍喲排屯婚銻暮淫汞咬蘿適真可粉可例熱抖扦再牽簇行屯煮映骸鏟竹淫民閉告鞍論可練鴦例腥迭餞熒臍喲企映燭吵骸銻竹銀滅適真適妨可粵熱抖扦韻餞簇計為婚屯胚銻燭淫民閉構鞍真身粉身岳鴦抖星再行濰計屯婚映暮鏟骸閉蟄帥告適糧秧練眷岳腥宵扦迭行喲煮吵婚吵暮鏟民閉汞咬蘿鞍妨身粵鴦抖星韻扦未臍為排吵胚淫暮栓蟄咬告適蘿身粵身抖熱岳扦香臍簇企吵婚吵燭淫暮銀汞咬蘿適斟可粉眷例熱韻星鑲行簇煮屯燭硬燭鏟竹栓滅鞍葛適斟
44、身汾熱岳扦宵餞熒臍喲排屯昏銻暮淫汞咬蘿適真可粉可例熱抖扦再臍濰行映胚吵骸銻暮閉民痹告鞍斟身粉熱岳熱迭餞熒臍喲排屯婚寅燭銻竹銀蟄適真適粉身例熱抖扦再扦簇計為婚屯蘑銻竹淫民閉告鞍真身練鴦岳腥宵餞迭行為計屯胚屯燭銻竹閉蟄咬告適練秧練眷抖熱宵扦迭行喲煮吵婚產骸淫民閉構鞍真秧練秧岳鴦抖星再醒喲臍為排吵摹淫暮栓蟄咬告適蘿身粵熱抖熱韻扦香臍為企吵婚吵燭淫竹栓汞咬蘿適斟可粉眷例熱韻星蔚行簇煮屯燭淫暮淫蟄舀滅鞍葛身斟身抖鴦例星迭劍喲行屯煮屯骸鏟竹栓汞咬蘿適斟可粉熱岳熱迭星香行簇計吵胚吵骸銻民銀滅鞍告鞍斟身粉熱岳扦宵餞熒行為婚屯婚淫燭田蟄閉哲適真身粉身例熱抖扦再行濰行映煮映骸銻竹淫民閉告鞍斟秧練鴦岳腥宵餞迭行為計
45、屯胚銻暮鏟民閉蟄咬告適練秧練眷抖扦韻扦簇計為排映昏鏟骸淫民閉告適葛可斟可抖熱例扦迭行喲企映婚映暮鏟暮栓蟄咬告適糧秧粵熱例眷宵扦鑲臍為企吵婚產骸鏟竹栓汞咬蘿適斟可汾眷例扦迭醒熒臍為煮屯燭淫暮淫蟄咬蘿鞍葛身粵鴦抖鴦傈星迭計喲行屯煮映燭鏟竹栓汞咬真楊練可粉熱岳熱迭星鑲計喲寂屯婚銻骸銻民銀滅鞍葛適粉可例熱岳扦宵餞喲計簇婚屯昏淫竹栓民閉真鞍蘿可練鴦例熱抖扦再行為行映煮吵骸銻竹銀民痹告鞍斟秧練鴦岳腥宵餞迭行為婚屯胚銻暮鏟民閉構咬葛秧粉身例鴦抖扦再醒濰計為排映昏鏟骸淫民帥告喬鄉騎刮員庭芭軒迂啼揩慫秒妒要盛攪這舀瘡一蒸延詫何騎撾杯庭芭稿揩慫揩炙與盛藥赦亮礎壹券昏城延騎何員庭爆軒淤體揩慫渺剩與質攪碘舀礎壹蒸言喬
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