(20分)如圖(a)所示,兩條間距為h的水平虛線之間存在方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按圖(b)中B-t圖象變化(圖中Bo已知),F(xiàn)有一個(gè)“日”字形剛性金 屬,線框ABCDEF,它的質(zhì)量為m,EF中間接有一開關(guān)S,開關(guān)S閉合時(shí)三條水平邊框的電阻均為R,其余各邊電阻不計(jì)。AB=CD=EF=L,AD=DE=h。用兩根輕質(zhì)的絕緣細(xì)線把線框豎直懸掛住,AB邊恰好在磁場(chǎng)區(qū)域M1 N1和M2N2的正中間,開始開關(guān)S處于斷開狀態(tài)。t0(未知)時(shí)刻細(xì)線恰好松弛,此后閉合開關(guān)同時(shí)剪斷兩根細(xì)線,當(dāng)CD邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界Mi Ni時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)(空氣阻力不計(jì))。求:
(1)t0的值;
(2)線框EF邊剛離開磁場(chǎng)下邊界M2N2時(shí)的速度;
(3)從剪斷細(xì)線到線框EF邊離開磁場(chǎng)下邊界M2N2的過(guò)程中金屬線框中產(chǎn)生的焦耳熱。
(1)(2)(3)mgh-
解析試題分析:(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:E=,
線框中的電流:I=,
線框受到的安培力:F=B0IL,
細(xì)線恰好松弛,細(xì)線拉力為零,
線框處于平衡狀態(tài),由平衡條件得:B0IL=mg,
解得:t0=;
(2)當(dāng)CD邊到達(dá)M1N1時(shí)線框恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),處于平衡狀態(tài),
由平衡條件得:B0I′L=mg,
電流I′=,
CD棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì):E′=B0Lv′,
解得:;
(3)CD邊到達(dá)M1N1至EF邊離開磁場(chǎng)過(guò)程線框一直做勻速直線運(yùn)動(dòng),因此EF邊剛離開M2N2時(shí),速度為:
v=v′=,
由能量守恒定律得:Q=mg?h-mv2=mgh-;
考點(diǎn):法拉第電磁感應(yīng)定律及能量守恒定律
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:單選題
如圖所示,兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),虛線間的距離為l,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈, ad與bc間的距離也為l。t=0時(shí)刻,bc邊與磁場(chǎng)區(qū)域邊界重合。現(xiàn)令線圈以恒定的速度沿垂直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域。取沿a→b→c→d→a的感應(yīng)電流為正,則在線圈穿越磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題
如圖所示,電阻為R的正方形導(dǎo)線框abcd,邊長(zhǎng)ab=ad=L,質(zhì)量為m,從某一高度自由落下,通過(guò)一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度也為L(zhǎng),下落過(guò)程中線框平面始終保持在同一豎直面內(nèi),且ab邊始終水平.導(dǎo)線框的ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)就恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng),那么線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中ab兩點(diǎn)間的電壓為 .在線圈穿越磁場(chǎng)的全過(guò)程,線框中產(chǎn)生的焦耳熱為 .(不考慮空氣阻力,重力加速度為g)
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(17分)如圖所示,光滑導(dǎo)軌abc與fed相距l(xiāng)=0.1m,其中ab、fe段是傾角θ=60°的直軌道,bc、ed段是半徑r=0.6m的圓弧軌道且與ab、fe相切,軌道末端c、d點(diǎn)切線與一放置在光滑水平地面上、質(zhì)量M=2kg的木板上表面平滑連接。在abef間有垂直于軌道平面向下、的勻強(qiáng)磁場(chǎng),定值電阻R=1Ω。把質(zhì)量為m=1kg、電阻不計(jì)的金屬桿從距b、e高h(yuǎn)=1m的導(dǎo)軌上靜止釋放,桿在直軌道上先加速后勻速下滑。如果桿與木板間摩擦因數(shù)μ=0.2,取g=10m/s2,求:
(1)桿運(yùn)動(dòng)到cd時(shí)對(duì)軌道的壓力F大小及桿由靜止下滑到cd的過(guò)程中R上產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(2)要使桿不從木板上掉下的木板最小長(zhǎng)度s。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(12分)如圖(a)為一研究電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,其中電流傳感器(電阻不計(jì))能將各時(shí)刻的電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器傳輸給計(jì)算機(jī),經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上同步顯示出I-t圖像。平行且足夠長(zhǎng)的光滑金屬軌道的電阻忽略不計(jì),導(dǎo)軌平面與水平方向夾角θ=30°。軌道上端連接一阻值R=1.0Ω的定值電阻,金屬桿MN的電阻r=0.5Ω,質(zhì)量m=0.2kg,桿長(zhǎng)L=1m跨接在兩導(dǎo)軌上。在軌道區(qū)域加一垂直軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),閉合開關(guān)s,讓金屬桿MN從圖示位置由靜止開始釋放,其始終與軌道垂直且接觸良好。此后計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖(b)所示的,I-t圖像(g取10m/s2),求:
(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和在t=0.5s時(shí)電阻R的熱功率;
(2)估算0~1.2s內(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量及在R上產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)若在2.0s時(shí)刻斷開開關(guān)S,請(qǐng)定性分析金屬桿MN 0~4.0s末的運(yùn)動(dòng)情況;并在圖(c)中定性畫出金屬桿MN 0~4.0s末的速度隨時(shí)間的變化圖像。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
有人為汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)“再生能源裝置”原理簡(jiǎn)圖如圖1所示,當(dāng)汽車減速時(shí),線圈受到磁場(chǎng)的阻尼作用幫助汽車減速,同時(shí)產(chǎn)生電能儲(chǔ)存?zhèn)溆。圖1中,線圈的匝數(shù)為n,ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,bc長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。圖2是此裝置的側(cè)視圖,切割處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B,有理想邊界的兩個(gè)扇形磁場(chǎng)區(qū)夾角都是90°。某次測(cè)試時(shí),外力使線圈以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),電刷端和端接電流傳感器,電流傳感器記錄的圖象如圖3所示(I為已知量),取邊剛開始進(jìn)入左側(cè)的扇形磁場(chǎng)時(shí)刻。不計(jì)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)軸處的摩擦
(1)求線圈在圖2所示位置時(shí),產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E的大小,并指明電刷和哪個(gè)接電源正極;
(2)求閉合電路的總電阻和外力做功的平均功率;
(3)為了能夠獲得更多的電能,依據(jù)所學(xué)的物理知識(shí),請(qǐng)你提出改進(jìn)該裝置的三條建議。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(18分)如圖所示,固定位置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌的間距為d,其右端接有阻值為R的電阻,整個(gè)裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。一質(zhì)量為m(質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置,且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸,桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離L時(shí),速度恰好達(dá)到最大(運(yùn)動(dòng)過(guò)程中桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)。設(shè)桿接入電路的電阻為r,導(dǎo)軌電阻不計(jì),重力加速度大小為g。
求(1)此過(guò)程桿的速度最大值Vm;
(2)此過(guò)程流過(guò)電阻R的電量。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(10分)如圖,兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置,導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng),電阻不計(jì)。在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P、電阻均為R的小燈泡。整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直。現(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放。金屬棒下落過(guò)程中保持水平,且與導(dǎo)軌接觸良好。已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光。重力加速度為g。求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大;
(2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率。
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
(12分)如圖所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線圈abcd,電阻r,外電路的電阻為R,a、b的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,若線圈從圖示位置開始,以角速度繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求:
(1).閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;
(2).線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180o的過(guò)程中,流過(guò)電阻R的電荷量為;
(3).線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量為。
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