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4.如圖所示,在高度為L=1m、足夠?qū)挼膮^(qū)域MNPQ內(nèi),有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T.質(zhì)量為m=1kg、邊長為L=1m、總電阻R=1Ω的正方形導(dǎo)線框abcd(線框每條邊的電阻相同),在MN上方某一高度由靜止開始自由下落.當(dāng)bc邊進(jìn)入磁場時(shí),導(dǎo)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng).已知重力加速度為g取10m/s2,不計(jì)空氣阻力,求:
(1)導(dǎo)線框剛下落時(shí),bc邊距磁場上邊界MN的高度h;
(2)導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場時(shí)bc邊的電壓Ubc;
(3)導(dǎo)線框穿越磁場的整個(gè)過程中,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的熱量Q.

分析 (1)線框速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí),說明線框受力平衡即線框所受重力和安培力平衡,根據(jù)安培力的大小求出此時(shí)感應(yīng)電流的大小,根據(jù)歐姆定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢從而求出此時(shí)線框的速度,根據(jù)動(dòng)能定理可以求出bc邊距磁場上邊界MN的高度h;
(2)bc邊的電壓Ubc=34E;
(3)當(dāng)線框速度已達(dá)穩(wěn)定時(shí),從能量守恒的角度分析處理,線框減少的重力勢能等于線框增加的動(dòng)能與產(chǎn)生的熱量之和,計(jì)算出線框減少的勢能再計(jì)算出產(chǎn)生的熱量即可.

解答 解:設(shè)線框進(jìn)入磁場時(shí)的速度為v,由于導(dǎo)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng),所以安培力與重力大小相等,方向相反,
即mg=F;
線框bc邊切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢為:E=BLv
故線框中產(chǎn)生的電流為:I=ER
線框在磁場中所受安培力為:F=BIL=B2L2vR
線框進(jìn)入磁場前做自由落體運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理可以求出線框進(jìn)入磁場時(shí)的速度v,即:
mgh=12mv2-0
聯(lián)立解得:h=m2gR22B4L4
(2)根據(jù)電路特點(diǎn)和歐姆定律知Ubc=34RI=34RmgBL=3mgR4BL
(3)由于磁場的寬度與線框的寬度相等,所以線框勻速穿過整個(gè)的磁場,整個(gè)的過程中線框減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為線框產(chǎn)生的熱量,即:
Q=mg•2L
答:(1)導(dǎo)線框剛下落時(shí),bc邊距磁場上邊界MN的高度是m2gR22B4L4;
(2)導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場時(shí)bc邊的電壓Ubc3mgR4BL
(3)導(dǎo)線框穿越磁場的整個(gè)過程中,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的熱量是2mgL.

點(diǎn)評(píng) 本題是電磁感應(yīng)與力學(xué)知識(shí)的綜合,安培力是聯(lián)系電磁感應(yīng)和力學(xué)的橋梁,安培力的分析和計(jì)算是這類問題的關(guān)鍵.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

12.S1、S2是兩個(gè)相同波源,這兩個(gè)波源發(fā)生干涉時(shí),在干涉區(qū)域內(nèi)有a、b、c三點(diǎn),某時(shí)刻a點(diǎn)有波峰和波谷相遇,b點(diǎn)有兩列波的波谷相遇,c點(diǎn)兩列波的波峰相遇,問再經(jīng)過T2時(shí)間,振動(dòng)加強(qiáng)的是( �。�
A.只有a點(diǎn)B.只有c點(diǎn)C.b點(diǎn)和c點(diǎn)D.b點(diǎn)和a點(diǎn)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

15.如圖所示,在x軸上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,在原點(diǎn)O處有一粒子源,t=0時(shí)刻沿紙面內(nèi)的各個(gè)方向同時(shí)發(fā)射一群速率相同、質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子,其中一個(gè)與x軸正方向成60°角射入磁場的粒子在t1時(shí)刻到達(dá)A點(diǎn)(圖中未畫出),A點(diǎn)為該粒子運(yùn)動(dòng)過程中距離x軸的最遠(yuǎn)點(diǎn),且OA=L.不計(jì)粒子間的相互作用和粒子的重力,下列結(jié)論正確的是( �。�
A.粒子的速率為qBL2m
B.粒子的速率為3qBL3m
C.t1時(shí)刻仍在磁場中的所有粒子均處在以O(shè)點(diǎn)為圓心、L為半徑的14圓周上
D.t1時(shí)刻仍在磁場中的所有粒子均處在以O(shè)點(diǎn)為圓心、L為半徑的13圓周上

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

12.如圖所示,有一磁感強(qiáng)度B=0.1T的水平強(qiáng)磁場,垂直放置一很長的金屬框架,框架上有一導(dǎo)體ab與框架邊垂直且始終保持良好接觸,由靜止開始下滑,已知框架的寬度為1m,質(zhì)量為0.1kg,電阻為0.1Ω,框架電阻不計(jì),取g=10m/s2,求:
(1)導(dǎo)體ab中電流的方向如何?
(2)導(dǎo)體ab下落的最大速度;
(3)導(dǎo)體ab在最大速度時(shí)的電功率.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

19.下列說法中不正確的是( �。�
A.電子稱所使用的測力裝置是力傳感器
B.電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是感溫鐵氧體
C.話筒是一種常用的聲音傳感器,其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲信號(hào)
D.干簧管可以起到開關(guān)作用,是一種能夠感知磁場的傳感器

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

9.美國物理學(xué)家密立根(R•A•Millikan)在1907-1913年的七年間,致力于測量微小油滴上所帶電荷的工作,這即是著名的密立根油滴實(shí)驗(yàn),它是近代物理學(xué)發(fā)展過程中具有重要意義的實(shí)驗(yàn).如圖所示,兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接,上、下板分別帶正、負(fù)電荷.油滴從噴霧器噴出后,由于摩擦而帶電,油滴從上板中央小孔落入勻強(qiáng)電場中,空氣阻力和浮力可忽略,通過顯微鏡可以觀察到油滴的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是( �。�
A.圖中能剛好懸浮的油滴帶的是正電荷
B.由qE=mg求油滴帶的電荷量
C.通過該實(shí)驗(yàn)裝置可直接測量出電子所帶的電荷量
D.不同油滴所帶電荷量雖不相同,但都是某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

16.下列實(shí)例屬于超重現(xiàn)象的是( �。�
A.汽車駛過拱形橋頂端
B.蕩秋千的小孩通過最低點(diǎn)
C.跳水運(yùn)動(dòng)員被跳板彈起,離開跳板向上運(yùn)動(dòng)
D.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

13.2014年12月16日,國內(nèi)普通居民住宅區(qū)首部“座椅式”電梯落戶上海市某小區(qū)(如圖).電梯由軌道及連接在其上的座椅組成.現(xiàn)有一體重為50kg的人從一樓乘坐至二樓,中間經(jīng)過一水平拐彎處,可看做一段半徑為1m的圓弧.已知座椅的質(zhì)量為10kg,人與座椅間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,座椅面水平,全程電梯速率保持不變,下列說法正確的是( �。�
A.拐彎時(shí)座椅和人做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
B.椅子對(duì)人的作用力始終與人的重力平衡
C.若人在水平面上只受到座椅帶來的摩擦力,為了使人不滑下座椅,拐彎時(shí)允許的最大速率為5m/s
D.若以最大速度拐彎,則軌道對(duì)椅子的作用力的大小為900N

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14.如圖所示,在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有水平向里的勻強(qiáng)磁場,圓形區(qū)域右側(cè)距離圓形區(qū)域右邊緣為d處有一豎直感光板.圓形區(qū)域上側(cè)有兩塊平行金屬極板,金屬極板上側(cè)有一粒子源,粒子源中可以發(fā)射速度很小的質(zhì)量為m的2價(jià)陽離子(帶電量為+2e),離子重力不計(jì).
(1)若離子從圓形區(qū)域頂點(diǎn)P以速率v0平行于紙面進(jìn)入磁場,求在兩塊平行金屬極板上所加的電壓U;
(2)若離子從圓形區(qū)域頂點(diǎn)P以速率v0對(duì)準(zhǔn)圓心射入,若它剛好從圓形區(qū)域最右側(cè)射出,垂直打在豎直感光板上,求圓形區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B;
(3)若圓形區(qū)域內(nèi)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,離子以某一速度對(duì)準(zhǔn)圓心射入,若它從圓形區(qū)域右側(cè)射出,以與豎直感光板成60°的角打在豎直感光板上,求它打到感光板上時(shí)的速度;
(4)若在圓形區(qū)域右側(cè)加上豎直向下的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度為E,粒子從圓弧頂點(diǎn)P以速率v0對(duì)準(zhǔn)圓心射入,求離子打在MN上的位置距離圓形區(qū)域圓心O的豎直高度h.

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