Question

某同学利用如图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。内阻r＝40Ω的螺线管固定在铁架台上，线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接。滑动变阻器最大阻值40Ω，初始时滑片位于正中间20Ω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），释放点到海绵垫高度差为h。计算机屏幕上显示出如图的UI-t曲线。

（1）磁铁穿过螺线管过程中，产生第一峰值时线圈中的感应电动势约    V。
（2）图像中UI出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是在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．线圈中的磁通量变化率经历先增大后减小再增大再减小的过程

B．如果滑片从中间向左移动时，坐标系中的两个峰值一定都会减小

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，可估算机械能转化为电能是           J。

Answer 1

（1）0.9V（3分），（2）ACD（4分，选不全得2分）,  （3）6.3´10^－4J—6.9´10^－4J（3分）.解析:
（1）由图像可以直接读出功率的峰值为0.0045W，电压传感器测量的是滑动变阻器两端电压，电阻为20欧姆，由，滑动变阻器两端电压峰值为0.3V，再由串联分压可知电感线圈产生的电动势峰值为0.9V（2）由感应电动势公式可知A对；如果滑片从中间向左移动时，不会改变螺线管产生的感应电动势，峰值不变，B错；由楞次定律可知磁铁在穿过线圈过程中始终受到竖直向上的磁场力的作用，加速度始终小于重力加速度，C对；减小高度h，穿过螺线管时的速度减小，坐标系中的两个峰值一定都会减小，D对；（3）由能量守恒6.3´10^－4J—6.9´10^－4J