题目内容

4.将能够产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面,如图(甲)(俯视图)所示,当它经过安放在两铁轨间的线圈时,线圈会产生一个电信号传输给控制中心,已知矩形线圈的长为L1,宽为L2,匝数n,若安装在火车车厢下南的磁铁产生的匀强磁场的宽度大于L2,当火车通过安放在铁轨之间的矩形线圈时,控制中心接收到的线圈两端的电压信号u随时间t变化的关系如图乙所示,不计线圈电阻,据此可知:火车的加速度;和安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场宽度(  )
A.$\frac{{u}_{2}-{u}_{1}}{nB{L}_{2}({t}_{2}-{t}_{1})}$     $\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{L}_{2}}$(t2-t1)
B.$\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{nB{L}_{2}({t}_{2}-{t}_{1})}$      $\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{L}_{2}}$(t2-t1)
C.$\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{nB{L}_{2}({t}_{2}-{t}_{1})}$      $\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{L}_{2}}$(t2-t1)
D.$\frac{{u}_{2}-{u}_{1}}{nB{L}_{2}({t}_{2}-{t}_{1})}$      $\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{L}_{2}}$(t2+t1)

分析 判定运动状态,可以找出动生电动势与速度的关系,进而确定速度和时间的关系,就可以知道火车在ab事件段内的运动性质,加速度可以有AB中判定出的速度时间关系来确定;求出t2-t1时间内的平均速度,再根据平均速度乘以时间求位移.

解答 解:由E=BLv可知,动生电动势与速度成正比,而在乙途中ab段的电压与时间成正比,因此可知在t1到t2这段时间内,火车的速度与时间成正比,所以火车在这段时间内做的是匀加速直线运动.
由图知t1时刻感应电动势为u1,对应的速度为:v1=$\frac{{u}_{1}}{nB{l}_{2}}$,
同理可得t2时刻对应的速度为:v2=$\frac{{u}_{2}}{nB{l}_{2}}$,
由v2-v1=a(t2-t1)
得这段时间内的加速度为:a=$\frac{{u}_{2}-{u}_{1}}{nB{L}_{2}({t}_{2}-{t}_{1})}$;
根据匀变速直线运动的规律可知这段时间内的平均速度为:v=$\frac{{v}_{1}+{v}_{2}}{2}$=$\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{l}_{2}}$,
则安装在火车首节车厢下面的磁铁产生的匀强磁场宽度为L=v(t2-t1)=$\frac{{u}_{2}+{u}_{1}}{2nB{L}_{2}}$(t2-t1).
所以A正确、BCD错误;
故选:A.

点评 本题关键在于判定出火车运动性质,当我们看到乙图的时候电压是和速度成正比的,就应联系有关动生电动势的公式,以建立速度与时间的关系,进而可以得出正确结论.

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