Question

【题目】某同学利用如图甲所示装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化，螺线管的内阻，初始时滑动变阻器的滑片位于正中间20的位置，打开传感器，将质量为m的磁铁置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为N极.穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止（磁铁下落中受到的电磁阻力远小于磁铁重力，不发生转动），释放点到海绵垫的高度差为h.计算机屏幕上显示出如图乙所示的曲线.

（1）磁铁穿过螺线管的过程中，产生第一峰值时线圈中的感应电动势约为________V.

（2）图像中UI出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象相关说法正确的是________.

A.磁铁从静止下落到穿过螺线管掉落到海绵垫上的过程中，线圈中的磁通量变化率先增大后减小

B.如果仅将滑动变阻器的滑片从中间向左移动，坐标系中的两个峰值都会减小

C.磁铁在穿过线圈过程中加速度始终小于重力加速度g

D.如果仅略减小h，两个峰值都会减小

（3）在磁铁下降h的过程中，可估算由机械能转化的电能的大小约为________J.

Answer 1

【答案】0.9 BD （~均正确）

【解析】

（1）[1]．由曲线可知，产生第一峰值时滑动变阻器功率为

线圈输出功率表达式为

根据闭合电路欧姆定律得

联立各式并将、代入解得

.

（2）[2]．由曲线可知，产生的感应电动势先增大后减小，再增大再减小，因此线圈中的磁通量的变化率先增大后减小，再增大再减小，A错误；根据闭合电路欧姆定律可知，当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，本题中滑动变阻器的最大阻值与内阻相等，因此滑片从中间向左滑动时，两个峰值都会减小，B正确；当磁铁全部在线圈中时，磁通量的变化率为零，此时的感应电流为零，只受重力，加速度等于g，C错误；当h减小时，磁铁进入线圈的速度减小，导致线圈中磁通量的变化率减小，因此两个峰值都会减小，D正确.

（3）[3]．根据图像的物理意义可知，图像与横轴围成面积大小等于下落过程中电源输出的电能，图像与横轴围成的面积可由图像与横轴围成的虚线小方框的个数乘以每个小方框的面积求得，由图像可得，在磁铁下降h的过程中由机械能转化的电能的大小为

（~均正确）.