题目内容

20.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(  )
A.在0~t1时间内,通过线圈的电荷量为0.5C
B.线圈匀速运动的速度大小为8m/s
C.线圈的长度为1m
D.0~t3时间内,线圈产生的热量为1.8J

分析 (1)根据感应电荷量q=$\frac{△Φ}{R}$,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: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=$\overline{I}$t=$\frac{BL\overline{V}}{R}$t=$\frac{BLd}{R}$=0.25C.故A错误.
B、根据平衡有:mg=BIL
而I=$\frac{BLV}{R}$
联立两式解得:v=$\frac{mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$=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边刚进上边的磁场时,cd边也刚进下边的磁场.设磁场的宽度为d,则线圈的长度:
L′=2d
线圈下降的位移为:x=L′+d=3d,
则有:3d=vt-$\frac{1}{2}$gt2,
将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.
D、0~t3时间内,根据能量守恒得:Q=mg(3d+2d)-$\frac{1}{2}$mv2=0.1×10×(3+2)-$\frac{1}{2}$×0.1×82=1.8J.故D正确.
故选:BD

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
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9.某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中,已知单摆在摆动过程中的摆角小于5°;在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时且记数为1,到第n次经过最低点所用的时间内为t;在测量单摆的摆长时,先用毫米刻度尺测得悬挂后的摆线长(从悬点到摆球的最上端)为L,再用游标卡尺测得摆球的直径为d(读数如图1所示).

(1)该单摆在摆动过程中的周期为$\frac{2t}{n-1}$.
(2)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g=$\frac{4{π}^{2}(n-1)^{2}(L+\frac{d}{2})}{4{t}^{2}}$.
(3)从图可知,摆球的直径为9.30mm.
(4)实验结束后,发现测得的重力加速度的值总是偏大,其原因可能是下述原因中的BD.
A.单摆的悬点未固定紧,振动中出现松动,使摆线增长了
B.把n次摆动的时间误记为(n+1)次摆动的时间
C.以摆线长作为摆长来计算
D.以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算
(5)实验时,若摆球在垂直纸面的平面内摆动,为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数,在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻,如图2所示.光敏电阻与某一自动记录仪相连,该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图3所示,则该单摆的振动周期为2t0; 若保持悬点到小球顶点的绳长不变,改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验,则该单摆的周期将变大;图乙中的△t将变大(  填“变大”、“不变”或“变小”).

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