题目内容
10.如图1所示,空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻为R.线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域,在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行.设线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右.求:(1)cd边刚进入磁场和cd边刚离开磁场时,ab两端的电势差分别是多大?并分别指明a,b哪端电势高;
(2)线框穿过磁场的整个过程中,线框中产生的焦耳热.
(3)在图2中,画出ab两端电势差Uab随距离变化的图象,其中U0=BLv.
分析 (1)根据公式E=BLv求出电路中的感应电动势,再得到ab两端电势差Uab大小.由楞次定律判断感应电流的方向,确定Uab的正负.
(2)根据楞次定律来确定有无感应电流,得出产生感应电流的时间,再由焦耳定律,即可求解.
解答 解:(1)cd边刚进入磁场时,cd切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv ①
回路中的感应电流 $I=\frac{E}{R}$ ②
ab两端的电势差大小为 U=$I\frac{R}{4}=\frac{BLv}{4}$ ③由右手定则可知,b端电势高
cd边刚离开磁场时,ab边切割磁感线产生感应电动势大小和回路中电流大小与cd边刚进入磁场时的相同,即为I′=I,
所以ab两端的电势差大小为:$U=I′\frac{3R}{4}=\frac{3BLv}{4}$④由右手定则可知,b端电势高
(2)线框进入磁场的过程和离开磁场的过程中产生的感应电流大小相等,设线框能产生感应电流的时间为t,产生的总焦耳热为Q,则有 $t=\frac{2L}{v}$ ⑤
Q=I2Rt ⑥
联立②⑥⑦式解得:$Q=(\frac{BLv}{R})^{2}R\frac{2L}{v}=\frac{2{B}^{2}{L}^{3}v}{R}$ ⑦
(3)如图:![]()
答:(1)cd边刚进入磁场和cd边刚离开磁场时,ab两端的电势差分别是$\frac{1}{4}$BLv与$\frac{3}{4}$BLv;均是b端电势高.
(2)线框通过磁场的整个过程中,线框中产生的焦耳热为$\frac{2{B}^{2}{L}^{3}v}{R}$.
(3)根据(1)中的计算结果画出图象,如图:![]()
点评 本题由右手定则或楞次定律判断电势高低,根据电路知识求出电势差;同时掌握焦耳定律的应用,强调存在的感应电流的判定.
| A. | 绳对桶的拉力,桶所受的重力 | B. | 桶对绳的拉力,绳对桶的拉力 | ||
| C. | 绳对桶的拉力,桶对地球的作用力 | D. | 桶对绳的拉力,桶所受的重力 |
| A. | 在Q1、Q2连线的中垂线位置可以画出一条电场线 | |
| B. | 将一正点电荷分别放在M、O两点,则该点电荷在M点时电势能较大 | |
| C. | 若ON间的电势差为U,ON间的距离为d,则N点的场强为$\frac{U}{d}$ | |
| D. | 若将一个带电量为q的正点电荷从0点移到N点,需要克服电场力做功 |
| A. | 线圈N1两端电压高于线圈N2两端电压 | |
| B. | 线圈N3中电流小于线圈N4中电流 | |
| C. | 甲图中的电表是电压表,乙图中的电表是电流表 | |
| D. | 甲图中的电表是电流表,乙图中的电表是电压表 |
| A. | 人对小球做的功是$\frac{1}{2}$mv2 | B. | 人对小球做的功是$\frac{1}{2}$mv2-mgh | ||
| C. | 小球落地时的机械能是$\frac{1}{2}$mv2+mgh | D. | 小球落地时的机械能是$\frac{1}{2}$mv2-mgh |
| A. | 物体所受到的合外力越大,其速度改变量也越大 | |
| B. | 物体所受到的合外力不变(F合≠0),其运动状态就不改变 | |
| C. | 物体所受到的合外力变化,其速度的变化率一定变化 | |
| D. | 物体所受到的合外力减小时,物体的速度可能正在增大 |
| A. | CD段运动最快 | |
| B. | AB匀速运动 | |
| C. | CD段表示的运动方向与初始运动方向相反 | |
| D. | 运动4h后汽车的位移大小为30km |