18.

(蘇北三市14分) 如圖甲所示,一邊長L=2.5m、質(zhì)量m=0.5kg的正方形金屬線框,放在光滑絕緣的水平面上,整個裝置放在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T的勻強(qiáng)磁場中,它的一邊與磁場的邊界MN重合。在水平力F作用下由靜止開始向左運(yùn)動,經(jīng)過5s線框被拉出磁場。測得金屬線框中的電流隨時間變化的圖像如乙圖所示,在金屬線框被拉出的過程中。

⑴求通過線框?qū)Ь截面的電量及線框的電阻;

⑵寫出水平力F隨時間變化的表達(dá)式;

⑶已知在這5s內(nèi)力F做功1.92J,那么在此過程中,線框產(chǎn)生的焦耳熱是多少?

 


解:⑴根據(jù)q =t,由It圖象得:q =1.25C      (2分)

      又根據(jù)                 (2分)

     得R = 4Ω                                  (1分)

⑵ 由電流圖像可知,感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律:I=0.1t           (1分)

由感應(yīng)電流,可得金屬框的速度隨時間也是線性變化的,(1分)

線框做勻加速直線運(yùn)動,加速度a = 0.2m/s2                     (1分)

線框在外力F和安培力FA作用下做勻加速直線運(yùn)動,(1分)

得力F=(0.2 t+0.1)N                                 (1分)

t=5s時,線框從磁場中拉出時的速度v5 = at =1m/s          (1分)

線框中產(chǎn)生的焦耳熱J             (3分)

感悟與反思:

    這道題精彩之處在于通過給出感應(yīng)電流隨時間做正比例變化,倒推出運(yùn)動性質(zhì)為勻變速運(yùn)動,結(jié)合牛頓第二定律解出相關(guān)物理量。難度適中,所考查的知識點(diǎn)也不少。另外,學(xué)生計算焦耳熱時可能會錯誤地應(yīng)用平均值概念,這是具有迷惑性的地方。

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