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2.如图所示,在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2,B1=B2=1.0T,B1和B2的方向相反,两磁场始终竖直向上做匀速运动.垂直轨道有一金属框abcd,并且与之绝缘.已知金属框的总质量为4.75×103kg,运动时所受阻力f=500N,金属框垂直轨道的边长Lcd=2.0m,两磁场的宽度均与金属框的边长Lad相同,金属框整个回路的电阻R=9.0×10-4Ω,g取10m/s2.假如金属框以v1=10m/s的速度匀速上升,求:
(1)金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向;
(2)磁场向上运动速度v0的大小.

分析 金属框匀速上升时,ab、cd两均切割磁感线产生感应电动势,两边均受到安培力,根据平衡条件和右手定则可确定感应电流的大小和方向.由欧姆定律和感应电动势公式求出磁场向上运动速度v0的大小.

解答 解:(1)对abcd金属框,由衡条件得:2F=mg+f,
安培力:F=BI•ab,解得:I=1.2×104A;
由右手定则可知,图示时刻电流方向为:adcba;
(2)感应电动势:E=2B•ab(v0-v1),
E=IR,解得:v0=12.7m/s;
答:(1)金属框中感应电流的大小为1.2×104A,图示时刻感应电流的方向为:adcba;
(2)磁场向上运动速度v0的大小为12.7m/s.

点评 本题是理论联系实际的问题,与磁悬浮列车模型类似,关键要注意磁场运动,线框相对于磁场向下运动,而且上下两边都切割磁感线,产生两个电动势,两个边都受安培力.

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

14.天宫二号空间实验室已于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功.将与神州十一号飞船对接.2016年10月19日3时31分,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功.对接前“天宫二号”和“神舟十一号”绕地球做匀速圆周运动如图所示,A代表“天宫二号”,B代表“神舟十一号”,虚线为对接前各自的轨道.由此可以判定对接前(  )
A.“神舟十一号”适当加速才有可能与“天宫二号”实现对接
B.“天宫二号”的周期小于“神舟十一号”的周期
C.“天宫二号”的向心加速度小于“神舟十一号”的向心加速度
D.“天宫二号”的运行速率大于“神舟十一号”的运行速率

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15.将电量为-4×10-6C的电荷沿用一条电场线由A点移到B点克服电场力做功2.4×10-5J,再由B点移到C点电场力做功1.2×10-5J,求:
(1)电荷从A到B电势能变化了多少?
(2)电荷从B到C,UBC=?
(3)若ϕB=0,则ϕA=?ϕC=?

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10.如图所示,两根等高光滑的四分之一圆弧形轨道与一足够长水平轨道相连,圆弧的半径为R0、轨道间距为L1=1m,轨道电阻不计.水平轨道处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B1=1T,圆弧轨道处于圆心轴线上均匀向外辐射状的磁场中,如图所示.在轨道上有两长度稍大于L1、质量均为m=2kg、阻值均为R=0.5Ω的金属棒a、b,金属棒b通过跨过定滑轮的绝缘细线与一质量为M=1kg、边长为L2=0.2m、电阻r=0.05Ω的正方形金属线框相连.金属棒a从轨道最高处开始,在外力作用下以速度v0=5m/s沿轨道做匀速圆周运动到最低点MN处,在这一过程中金属棒b恰好保持静止.当金属棒a到达最低点MN处被卡住,此后金属线框开始下落,刚好能匀速进入下方h=1m处的水平匀强磁场B3中,B3=$\sqrt{5}$T.已知磁场高度H>L2.忽略一切摩擦阻力,重力加速度为g=10m/s2.求:
(1)辐射磁场在圆弧处磁感应强度B2的大小;
(2)从金属线框开始下落到进入磁场前,金属棒a上产生的焦耳热Q;
(3)若在线框完全进入磁场时剪断细线,线框在完全离开磁场B3时刚好又达到匀速,已知线框离开磁场过程中产生的焦耳热为Q1=10.875J,则磁场的高低H为多少.

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17.如图所示,质量为m、边长为l的正方形线框abcd,在竖直平面内从有水平边界的匀强磁场上方h高处由静止自由下落.线框电阻为R,磁场宽度为H(l<H),磁感应强度为B,线框竖直下落过程中,ab边始终与磁场边界平行.已知ab边进入磁场时和ab边穿出磁场时的速度相等,此过程中(  )
A.ab边进入磁场时,线圈中感应电流的方向为a→b→c→d→a
B.ab边离开磁场时,线圈中感应电流的方向为a→b→c→d→a
C.线框的最大速度为$\frac{mgR}{{B}^{2}{l}^{2}}$
D.线框中产生的电热为mgH

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7.如图(1)所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为0.8m,导轨平面与水平面夹角为α,导轨电阻不计.有一个匀强磁场垂直轨平面斜向上,长为1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨电接触良好,金属棒的质量为0.1kg、与导轨接触端间电阻为1Ω.两金属导轨的上端连接右端电路,电路中R2为一电阻箱.已知灯泡的电阻RL=4Ω,定值电阻R1=2Ω,调节电阻箱使R2=12Ω,重力加速度g=10m/s2.将电键S打开,金属棒由静止释放,1s后闭合电键,如图(2)所示为金属棒的速度随时间变化的图象.求:

(1)斜面倾角α及磁感应强度B的大小;
(2)若金属棒下滑距离为60m时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始下滑100m的过程中,整个电路产生的电热;
(3)改变电阻箱R2的值,当R2为何值时,金属棒匀速下滑时R2消耗的功率最大;消耗的最大功率为多少?

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14.如图所示,在xOy平面直角坐标系中,直角三角形MNL内存在垂直于xOy平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,三角形的一直角边ML长为6a,落在y轴上,∠NML=30°,其中位线OP在x轴上.电子束以相同的速度v0从y轴上-3a≤y≤0的区间垂直于y轴和磁场方向射入磁场,已知从y轴上y=-2a的点射入磁场的电子在磁场中的轨迹恰好经过O点.若在直角坐标系xOy的第一象限区域内,加上方向沿y轴正方向、大小为E=Bv0的匀强电场,在x=3a处垂直于x轴放置一平面荧光屏,与x轴交点为Q.忽略电子间的相互作用,不计电子的重力.试求:
(1)电子的比荷;
(2)电子束从+y轴上射入电场的纵坐标范围;
(3)从磁场中垂直于y轴射入电场的电子打到荧光屏上距Q点的最远距离.

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11.如图甲所示,正方形金属线圈abcd位于竖直平面内,其质量为m,电阻为R.在线圈的下方有一匀强磁场,MN和M’N’是磁场的水平边界,并与bc边平行,磁场方向垂直于纸面向里.现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,图乙是线圈由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的v-t图象,图中字母均为已知量.重力加速度为g,不计空气阻力.下列说法正确的是(  )
A.金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向
B.金属线框的边长为v1(t2-t1
C.磁场的磁感应强度为$\frac{1}{{v}_{1}({t}_{2}-{t}_{1})}$$\sqrt{\frac{mgR}{{v}_{1}}}$
D.金属线框在0~t4的时间内所产生的热量为2mgV1(t2-t1)+$\frac{1}{2}$m(V22-V32

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12.如图所示的位移(s)-时间(t)图象和速度(v)-时间(t)图象中给出四条图线,甲、乙、丙、丁代表四辆车由同一地点向同一方向运动的情况,则下列说法正确的是(  )
A.甲车做直线运动,乙车做曲线运动
B.t2时刻,丙车加速度与大于丁车的加速度
C.0~t1时间内,乙车做速度减小的变速运动
D.0~t2时间内,丙、丁两车的平均速度相等

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