题目内容

如图甲所示，在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4，在L1L2之间、L3L4之间存在匀强磁场，大小均为1T，方向垂直于虚线所在平面．现有一矩形线圈abcd，宽度cd=L=0.5m，质量为0.1kg，电阻为2Ω，将其从图示位置静止释放（cd边与L1重合），速度随时间的变化关系如图乙所示，t1时刻cd边与L2重合，t2时刻ab边与L3重合，t3时刻ab边与L4重合，已知t1～t2的时间间隔为0.6s，整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向．（重力加速度g取10m/s2）则（　　）
分析：（1）根据感应电荷量q=
△Φ
R
，求解电荷量；
（2）t2～t3这段时间内线圈做匀速直线运动，线圈所受的安培力和重力平衡，根据平衡求出匀速直线运动的速度．
（3）通过线圈在t1～t2的时间间隔内，穿过线圈的磁通量没有改变，没有感应电流产生，线圈做匀加速直线运动，加速度为g，知ab边刚进磁场，cd边也刚进磁场，线圈的长度等于磁场宽度的2倍．根据运动学公式求出线圈的长度．
（4）根据能量守恒求出0～t3这段时间内线圈中所产生的电热．
解答：解：B、根据平衡有：mg=BIL
而I=
BLv
R

联立两式解得v=
mgR
B2L2
=
1×2
12×0．52
m/s=8m/s．故B正确．
C、t1～t2的时间间隔内线圈一直做匀加速直线运动，知ab边刚进磁场，cd边也刚进磁场．设磁场的宽度为d，线圈下降的位移为3d，则有：
   3d=vt-
1
2
gt2，v=8m/s，t=0.6s，
代入解得d=1m，
所以线圈的长度为L′=2d=2m．故C错误．
A、在0～t1时间内，cd边从L1运动到L2，通过线圈的电荷量为q=
△Φ
R
=
BLd
R
=
1×0.5×1
2
C=0.25C．故A正确．
D、0～t3时间内，根据能量守恒得，Q=mg（3d+2d）-
1
2
mv2=1×（3×0.5）J=1.8J．
故选：AB
点评：解决本题的关键理清线圈的运动情况，选择合适的规律进行求解，本题的难点就是通过线圈匀加速直线运动挖掘出下落的位移为磁场宽度的3倍．
练习册系列答案
相关题目
如图甲所示，M、N为水平放置的平行板电容器的两个极板，两极板间距d=0.1m，两极板间的电压U=12.5V，O为上极板中心的小孔，以O为坐标原点，在竖直平面内建立直角坐标系，在y轴方向上，0≤y≤2m区间存在方向与x轴平行的匀强电场（PQ为电场区域的上边界），在x轴方向上，电场范围足够大．若规定x轴正方向为电场正方向，电场强度随时间变化情况如图乙所示．现有一个带负电的粒子，在t=0时刻从紧靠M级板中心O'处无初速释放，经过小孔O进入N板上方的交变电场中，粒子的比荷q/m=1×102C/kg，不计粒子重力．求：
（1）粒子进入交变电场时的速度．
（2）粒子在两板之间飞行的时间．
（3）粒子在8×10-3s末的位置坐标．
（4）粒子离开交变电场时的速度大小和方向．
【选做题】A．（1）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，
下列说法正确的是
 
．（填写选项前的字母）
（A）气体分子间的作用力增大          （B）气体分子的平均速率增大
（C）气体分子的平均动能减小          （D）气体组成的系统地熵增加
（2）若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡
 
（填“吸收”或“放出”）的热量是
 
J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了
 
J
（3）已知气泡内气体的密度为1.29kg/m3，平均摩尔质量为0.29kg/mol．阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，取气体分子的平均直径为2×10-10m，若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值．（结果保留以为有效数字）
B．（1）如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为
 
．（填写选项前的字母）
（A）0.4c           （B）0.5c
（C）0.9c             （D）1.0c
（2）在t=0时刻，质点A开始做简谐运动，其振动图象如图乙所示．质点A振动的周期是
 
s；t=8s时，质点A的运动沿y轴的
 
方向（填“正”或“负”）；质点B在波动的传播方向上与A相距16m，已知波的传播速度为2m/s，在t=9s时，质点B偏离平衡位置的位移是
 
cm
（3）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上．照片中，水利方运动馆的景象呈限在半径r=11cm的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度l=10cm，若已知水的折射率为n=
43
，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h，（结果保留两位有效数字）
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C．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测．1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
（1）中微子与水中的11H发生核反应，产生中子（01n）和正电子（+10e），即中微子+11H→01n++10e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是
 
．（填写选项前的字母）
（A）0和0             （B）0和1        （C）1和 0       （D）1和1
（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即+10e+-10e→2γ
已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31㎏，反应中产生的每个光子的能量约为
 
J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是
 
．
（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．
（2008?烟台一模）如图甲所示，一个质量为m、电荷量q的带正电微料（重力忽略不计），从静止开始经电压U1加速后，沿水平方向进入两等大的水平放置的平行金属板间，金属板长为L，两板间距d=L/4，两金属板间的电压U2=
3
6
U1，求：

（1）求带电微粒偏离原来运动方向的角度θ为多大？
（2）微粒离开偏转电场后接着进入一个按图乙规律变化的有界磁场中，磁场左右边线在竖直方向上，已知磁感应强度的大小为B0，取微粒刚进入磁场时为t=0时刻，此时磁场方向垂直于纸面向里，当微粒离开磁场的右边缘后恰好沿竖直方向运动，求该磁场的变化周期T为多大？（微粒在磁场中运动的时间t＜T）
“钓鱼岛事件”一直牵动着军民爱国之心，我国空军某部为捍卫领土完整，举行了一次空前的跳伞保岛演练．如图甲所示为一战士从悬停在高空的直升机中跳下的画面，某同学画出该战士从跳离飞机到落地的过程中在空中沿竖直方向运动的v-t图象，如图乙所示，若规定向下的方向为正方向，则在竖直方向上，关于该战士下列说法正确的是（　　）

某同学设想用带电粒子的运动轨迹做出“0”、“8”字样，首先，如图甲所示，在真空空间的竖直平面内建立直角坐标系，在和处有两个与轴平行的水平界面和，它们把空间分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，在三个区域内分别存在匀强磁场、、，其   

大小满足，方

向如图甲所示．在Ⅱ区域内的轴左右

两侧还分别存在匀强电场、(图中

未画出)，忽略所有电、磁场的边缘效应．

是以坐标原点为中心对称的正方

形，其边长．现在界面上的

A处沿轴正方向发射一比荷的带正电荷的粒子(重力不计)，粒子恰能沿图中实线途经B、C、，D三点后回到A点并做周期性运动，轨迹构成一个“0”字．已知粒子每次穿越Ⅱ区域时均做直线运动．

    (1)求、的大小和方向．

    (2)去掉Ⅱ和Ⅲ区域中的匀强电场和磁场，其他条件不变，仍在A处以相同的速度发射相同的粒子，请在Ⅱ和Ⅲ区城内重新设计适当的匀强电场或匀强磁场，使粒子运动的轨迹成为上下对称的“8”字，且粒子运动的周期跟甲图中相同．请通过必要的计算和分析，求出你所设计的“场”的大小、方向和区域，并在乙图中描绘出带电粒子的运动轨迹和你所设计的“场”．(上面半圆轨迹已在图中画出)

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