Question

【題目】某同學(xué)利用如圖甲所示裝置研究磁鐵下落過程中的重力勢(shì)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化，螺線管的內(nèi)阻，初始時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片位于正中間20的位置，打開傳感器，將質(zhì)量為m的磁鐵置于螺線管正上方靜止釋放，磁鐵上表面為N極.穿過螺線管后掉落到海綿墊上并靜止（磁鐵下落中受到的電磁阻力遠(yuǎn)小于磁鐵重力，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)），釋放點(diǎn)到海綿墊的高度差為h.計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖乙所示的曲線.

（1）磁鐵穿過螺線管的過程中，產(chǎn)生第一峰值時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)約為________V.

（2）圖像中UI出現(xiàn)前后兩個(gè)峰值，對(duì)比實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)峰值是磁鐵剛進(jìn)入螺線管內(nèi)部和剛從內(nèi)部出來時(shí)產(chǎn)生的，對(duì)這一現(xiàn)象相關(guān)說法正確的是________.

A.磁鐵從靜止下落到穿過螺線管掉落到海綿墊上的過程中，線圈中的磁通量變化率先增大后減小

B.如果僅將滑動(dòng)變阻器的滑片從中間向左移動(dòng)，坐標(biāo)系中的兩個(gè)峰值都會(huì)減小

C.磁鐵在穿過線圈過程中加速度始終小于重力加速度g

D.如果僅略減小h，兩個(gè)峰值都會(huì)減小

（3）在磁鐵下降h的過程中，可估算由機(jī)械能轉(zhuǎn)化的電能的大小約為________J.

Answer 1

【答案】0.9 BD （~均正確）

【解析】

（1）[1]．由曲線可知，產(chǎn)生第一峰值時(shí)滑動(dòng)變阻器功率為

線圈輸出功率表達(dá)式為

根據(jù)閉合電路歐姆定律得

聯(lián)立各式并將、代入解得

.

（2）[2]．由曲線可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先增大后減小，再增大再減小，因此線圈中的磁通量的變化率先增大后減小，再增大再減小，A錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源的輸出功率最大，本題中滑動(dòng)變阻器的最大阻值與內(nèi)阻相等，因此滑片從中間向左滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)峰值都會(huì)減小，B正確；當(dāng)磁鐵全部在線圈中時(shí)，磁通量的變化率為零，此時(shí)的感應(yīng)電流為零，只受重力，加速度等于g，C錯(cuò)誤；當(dāng)h減小時(shí)，磁鐵進(jìn)入線圈的速度減小，導(dǎo)致線圈中磁通量的變化率減小，因此兩個(gè)峰值都會(huì)減小，D正確.

（3）[3]．根據(jù)圖像的物理意義可知，圖像與橫軸圍成面積大小等于下落過程中電源輸出的電能，圖像與橫軸圍成的面積可由圖像與橫軸圍成的虛線小方框的個(gè)數(shù)乘以每個(gè)小方框的面積求得，由圖像可得，在磁鐵下降h的過程中由機(jī)械能轉(zhuǎn)化的電能的大小為

（~均正確）.