如圖甲所示,表面絕緣、傾角θ=30°的斜面固定在水平地面上,斜面所在空間有一寬度D=0.40m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其邊界與斜面底邊平行,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上.一個(gè)質(zhì)量m=0.10kg、總電阻R=0.25W的單匝矩形金屬框abcd,放在斜面的底端,其中ab邊與斜面底邊重合,ab邊長(zhǎng)L=0.50m.從t=0時(shí)刻開始,線框在垂直cd邊沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,從靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的ab邊離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去拉力,線框繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),線框向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示.已知線框在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離斜面,且保持ab邊與斜面底邊平行,線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù),重力加速度g取10 m/s2.求:

(1)線框受到的拉力F的大;

(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;

(3)線框在斜面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.

 

【答案】

(1)F=1.5 N(2)B=0.50T(3)Q=0.4 J

【解析】(1)由v-t圖象可知,在0~0.4s時(shí)間內(nèi)線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v1=2.0m/s,所以:

                     ………………①

      ………………②

聯(lián)解①②代入數(shù)據(jù)得:

F=1.5 N                     ………………③

(2)由v-t圖象可知,線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后以速度v1做勻速直線運(yùn)動(dòng),由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律有:

                     ………………④

                           ………………⑤

對(duì)于線框勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,由力的平衡條件有:

       ………………⑥

聯(lián)解④⑤⑥代入數(shù)據(jù)得:

B=0.50T                     ………………⑦

(3)由v-t圖象可知,線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后做勻速直線運(yùn)動(dòng),并以速度v1勻速穿出磁場(chǎng),說(shuō)明線框的寬度等于磁場(chǎng)的寬度:

D=0.40m                     ………………⑧

線框在減速為零時(shí):

mgsinq=μmgcosq,所以線框不會(huì)下滑。設(shè)線框穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間為t,則:

                      ………………⑨

Q=I2Rt                          ………………⑩

聯(lián)解④⑤⑥代入數(shù)據(jù)得:

Q=0.4 J                     ………………⑾

評(píng)分參考意見:本題共13分,其中①③⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾式各1分,②④式各2分;若有其他合理解法且答案正確,可同樣給分。

本題考查電磁感應(yīng)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的結(jié)合,先根據(jù)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)求出加速度,再由牛頓第二定律求出安培力,根據(jù)電磁感應(yīng)原理求出磁感強(qiáng)度,根據(jù)能量守恒求出焦耳熱

 

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖甲所示,表面絕緣、傾角θ=30°的斜面固定在水平地面上,斜面所在空間有一寬度D=0.40m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其邊界與斜面底邊平行,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上.一個(gè)質(zhì)量m=0.10kg、總電阻R=0.25Ω的單匝矩形金屬框abcd,放在斜面的底端,其中ab邊與斜面底邊重合,ab邊長(zhǎng)L=0.50m.從t=0時(shí)刻開始,線框在垂直cd邊沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,從靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的ab邊離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去拉力,線框繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),線框向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示.已知線框在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離斜面,且保持ab邊與斜面底邊平行,線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=
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,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)線框受到的拉力F的大。
(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大;
(3)線框在斜面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖甲所示,表面絕緣、傾角θ=30°的斜面固定在水平地面上,斜面的頂端固定有彈性擋板,擋板垂直于斜面,并與斜面底邊平行.斜面所在空間有一寬度D=0.40m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其邊界與斜面底邊平行,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,磁場(chǎng)上邊界到擋板的距離s=0.55m.一個(gè)質(zhì)量m=0.10kg、總電阻R=0.25Ω的單匝矩形閉合金屬框abcd,放在斜面的底端,其中ab邊與斜面底邊重合,ab邊長(zhǎng)L=0.50m.從t=0時(shí)刻開始,線框在垂直cd邊沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,從靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的ab邊離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去拉力,線框繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),并與擋板發(fā)生碰撞,碰撞過(guò)程的時(shí)間可忽略不計(jì),且沒有機(jī)械能損失.線框向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示.已知線框在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離斜面,且保持ab邊與斜面底邊平行,線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=
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/3,重力加速度g取10m/s2
(1)求線框受到的拉力F的大小;
(2)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;
(3)已知線框向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v=v0-
B2L2
mR
x
(式中v0為線框向下運(yùn)動(dòng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小,x為線框ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后對(duì)磁場(chǎng)上邊界的位移大。缶框在斜面上運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.

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科目:高中物理 來(lái)源:2011-2012學(xué)年北京市101中學(xué)高二下學(xué)期期中考試物理試卷(帶解析) 題型:計(jì)算題

如圖甲所示,表面絕緣、傾角q=30°的斜面固定在水平地面上,斜面的頂端固定有彈性擋板,擋板垂直于斜面,并與斜面底邊平行。斜面所在空間有一寬度D=0.40m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其邊界與斜面底邊平行,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,磁場(chǎng)上邊界到擋板的距離s=0.55m。一個(gè)質(zhì)量m=0.10kg、總電阻R=0.25W的單匝矩形閉合金屬框abcd,放在斜面的底端,其中ab邊與斜面底邊重合,ab邊長(zhǎng)L=0.50m。從t=0時(shí)刻開始,線框在垂直cd邊沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,從靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的ab邊離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去拉力,線框繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),并與擋板發(fā)生碰撞,碰撞過(guò)程的時(shí)間可忽略不計(jì),且沒有機(jī)械能損失。線框向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示。已知線框在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離斜面,且保持ab邊與斜面底邊平行,線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)m=/3。求:

(1)線框受到的拉力F的大;
(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大。
(3)已知線框向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足:
v=v0(式中v0為線框向下運(yùn)動(dòng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小,x為線框ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后對(duì)磁場(chǎng)上邊界的位移大小),求線框在斜面上運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。

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科目:高中物理 來(lái)源:2013屆北京市高二下學(xué)期期中考試物理試卷(解析版) 題型:計(jì)算題

如圖甲所示,表面絕緣、傾角q=30°的斜面固定在水平地面上,斜面的頂端固定有彈性擋板,擋板垂直于斜面,并與斜面底邊平行。斜面所在空間有一寬度D=0.40m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其邊界與斜面底邊平行,磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,磁場(chǎng)上邊界到擋板的距離s=0.55m。一個(gè)質(zhì)量m=0.10kg、總電阻R=0.25W的單匝矩形閉合金屬框abcd,放在斜面的底端,其中ab邊與斜面底邊重合,ab邊長(zhǎng)L=0.50m。從t=0時(shí)刻開始,線框在垂直cd邊沿斜面向上大小恒定的拉力作用下,從靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框的ab邊離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去拉力,線框繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),并與擋板發(fā)生碰撞,碰撞過(guò)程的時(shí)間可忽略不計(jì),且沒有機(jī)械能損失。線框向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示。已知線框在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未脫離斜面,且保持ab邊與斜面底邊平行,線框與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)m=/3。求:

(1)線框受到的拉力F的大;

(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大;

(3)已知線框向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足:

v=v0(式中v0為線框向下運(yùn)動(dòng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小,x為線框ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)后對(duì)磁場(chǎng)上邊界的位移大。缶框在斜面上運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。

 

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