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(20分)如图(甲)所示,两光滑导轨都由水平、倾斜两部分圆滑对接而成,相互平行放置,两导轨相距L=lm ,倾斜导轨与水平面成θ=30°角,倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区I中,I区中磁场的磁感应强度B1随时间变化的规律如图(乙)所示,图中t1、t2未知。水平导轨足够长,其左端接有理想电流表G和定值电阻R=3Ω,水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区Ⅱ中,Ⅱ区中的磁场恒定不变,磁感应强度大小为B2=1T ,在t=0时刻,从斜轨上磁场I 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab,棒的质量m=0.1kg,电阻r=2Ω,棒下滑时与导轨保持良好接触,棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失,导轨的电阻不计。若棒在斜面上向下滑动的整个过程中,电流表G的示数大小保持不变,t2时刻进入水平轨道,立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力。(g取10m/s2)求:

(l)ab 棒进入磁场区I 时的速度v;
(2)磁场区I在沿斜轨方向上的宽度d;
(3)棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量;
(4)若棒在t2时刻进入水平导轨后,电流表G的电流大小I随时间t变化的关系如图(丙)所示(I0未知),已知t2到t3的时间为0.5s,t3到t4的时间为1s,请在图(丁)中作出t2到t4时间内外力大小
F随时间t变化的函数图像。
(1)2.5m/s(2)0.625m(3)0.375J(4)见解析
(20分)
(1)电流表的示数不变,说明在整个下滑过程中回路的的电动势是不变的,说明在B变化时和不变时感应电动势大小一样,所以可以判断在t1时刻棒刚好进入磁场区域且做匀速直线运动。
mgsin-BIL=0,  ,    E1=BLV,  代入数值得v=2.5m/s        (4分)
(2)没进入磁场以前做匀加速直线运动,加速度是  a=gsin300=5m/s2,  v=at,  t1=0.5s  ,
下滑的距离是s1=at2=0.625m,再没进入磁场以前,由于B均匀变化,所以E2=,        
又E1=BLV   E1= E,  41d=112.5,   d=0.625m                 (6分)
(3)ab棒进入磁场以前,棒上产生的热量为    Q1=I2Rt1=0.52×2×0.5J=0.25J
取ab棒在斜轨磁场中运动为研究过程,    mgd sin-Q2=0      Q2="0.3125J."
此时,棒上产生的热量是Q2r==0.125J                       
则棒上产生的总热量是Qr= Q1+Q2r="0.375" J               (6分)
或:Qr=I2R(t1+t2)=0.52×2×(0.5+0.25)J=0.375J
(4) 因为E=BLv,所以刚进水平轨道时时的电动势是E=2.5V,   I0==0.5A
取t2时刻为零时刻,则根据图线可以写出I-t的方程式:I=0.5-tˊ,I=,
则v="2.5-5" tˊ,所以a1=5m/s2.有牛顿第二定律可得:F+BIL=ma1,F+I=1  F=tˊ
画在坐标系里。

由丙图可以同理得出棒运动的加速度大小是a2=2.5m/s2,依据牛顿定律得F-BIL=ma2
取t3时刻为零时刻,可以写出t3时刻后的I与时间的关系式,I="0.5" t ,代入上面的式子可以得到F=0.25+0.5t画在坐标系里。(图中图线作为参考)                       (4分)
本题考查的是电磁感应定律和力学综合的相关问题,根据电磁感应定律和匀速直线运动的受力平衡可以求出运动速度;根据匀加速直线运动的规律求出磁场宽度;根据焦耳定律和功能关系可以求出产生的焦耳热;根据欧姆定律和牛顿第二定律可以得出力与时间的关系;
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(12分)一矩形线圈abcd放置在如图所示的有理想边界的匀强磁场中(OO′的左边有匀强磁场,右边没有),线圈的两端接一只灯泡。已知线圈的匝数n=100、电阻r=1.0 Ω,ab边长L1=0.5 m,ad边长L2=0.3 m,小灯泡的电阻R=9.0 Ω,磁场的磁感应强度B=1.0×10-2 T。线圈以理想边界OO′为轴以角速度ω=200 rad/s按如图所示的方向匀速转动(OO′轴离ab边距离为L2),以如图所示位置为计时起点。求:

(1)在0~的时间内,通过小灯泡的电荷量;
(2)在右图中画出感应电动势e随时间t变化的图像(以abcda方向为正方向,至少画出一个完整的周期);

(3)小灯泡消耗的电功率。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:填空题

(2011年福建调研)如图9-1-12所示,半径为r的半圆形金属导线(CD为直径)处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,有关导线中产生感应电动势的大小,下列说法中错误的是(  )

图9-1-12
A.导线从图示位置开始绕CD以角速度ω匀速转动时E=πr2Bωsinωt
B.导线在纸面内沿与CD成45°角以速度v斜向下匀速运动时E=rBv
C.导线不动,匀强磁场以速度v水平向左匀速运动时E=0
D.导线在纸面内以速度v水平向右运动,同时匀强磁场以速度v沿CD方向向上匀速运动时E=2Brv

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

(12分)如图11甲所示,竖直向下的匀强磁场垂直于光滑的桌面,图甲中的虚线为磁场的边界线,边界线右侧的磁场区域足够大;质量为m、电阻为R的矩形金属线圈abcd平放在桌面上,线圈的长和宽分别为l和2l,线圈的一半在磁场内,一半在磁场外;t=0时刻磁感应强度从B0开始均匀减小,线圈中产生感应电流,在磁场力作用下线圈的v-t图象如图11乙所示,图乙中的斜向虚线为t=0时刻速度图线的切线,数据由图中给出.求:

(1)t=0时刻金属线圈的加速度;
(2)磁感应强度的变化率.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(20分)如图所示,水平地面上方高为h=7.25m的区域内存在匀强磁场,ef为磁场的上水平边界。边长L=l.0m,质量m=0.5kg,电阻R=2.0Ω的正方形线框abcd从磁场上方某处自由释放,线框穿过磁场掉在地面上。线框在整个运动过程中始终处于竖直平面内,且ab边保持水平。以线框释放的时刻为计时起点,磁感应强度B随时间t的变化情况如B-t图象,已知线框ab边进入磁场刚好能匀速运动,g取10m/s2。求:

(1)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(2)线框从释放到落地的时间t;
(3)线框从释放到落地的整个过程中产生的焦耳热。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

(2009年高考辽宁、宁夏理综卷)如图所示,一导体圆环位于纸面内,O为圆心.环内两个圆心角为90°的扇形区域内分别有匀强磁场,两磁场磁感应强度的大小相等,方向相反且均与纸面垂直.导体杆OM可绕O转动,M端通过滑动触点与圆环良好接触.在圆心和圆环间连有电阻R.杆OM以匀角速度ω逆时针转动,t=0时恰好在图示位置.规定从ab流经电阻R的电流方向为正,圆环和导体杆的电阻忽略不计,则杆从t=0开始转动一周的过程中,电流随ωt变化的图象是(  )

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示为地磁场磁感线的示意图.在北半球地磁场的竖直分量向下.飞机在我国上空匀速巡航,机翼保持水平,飞行高度不变,由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差.设飞行员左方机翼末端处的电势为U1,右方机翼末端处的电势为U2,则(  )
A.若飞机从西往东飞,U1U2
B.若飞机从东往西飞,U2U1
C.若飞机从南往北飞,U1U2
D.若飞机从北往南飞,U2U1

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,两个垂直纸面的匀强磁场方向相反.磁感应强度的大小均为B.磁场区域的宽度均为2a,一个直径为2a的导线圆环从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,则感应电流I与导线圆环移动距离x的关系图象正确的是(   )

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在匀强磁场中放置一个电阻不计的平行金属导轨,导轨跟大线圈M相连,导轨上放一根导线ab,磁感线垂直于导轨所在平面,欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方方的感应电流,则导线的运动情况可能是(    ).
A.匀速向左运动B.加速向右运动
C.减速向右运动D.减速向左运动

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