8.如圖甲,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)寬度為3L,一正方形金屬框abcd的邊長(zhǎng)為L(zhǎng),每邊電阻為R,金屬框以速度v勻速穿過磁場(chǎng)區(qū),其平面始終保持與磁感線方向垂直.求:

(1)求金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,通過回路的電荷量;
(2)當(dāng)金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),求金屬框a、b兩端電壓Uab,某同學(xué)的解法如下:
設(shè)通過金屬框中的電流為I,則Uab=I•3R,代入數(shù)據(jù),即可求得Uab
你認(rèn)為該同學(xué)的解答是否合理?若合理,請(qǐng)解出最后結(jié)果;若不合理,請(qǐng)說明理由,并用你自己的方法算出正確結(jié)果.
(3)若當(dāng)金屬框cd邊到達(dá)磁場(chǎng)左邊緣時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按如圖乙所示的規(guī)律變化,求金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中cd邊克服安培力做的功.

分析 (1)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,由E=BLv、I=$\frac{E}{R}$求感應(yīng)電流,由q=It求電荷量.
(2)當(dāng)金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量不變,由此分析即可.
(3)cd邊克服安培力做的功W等于金屬框產(chǎn)生的焦耳熱,根據(jù)功能關(guān)系和焦耳定律求解.

解答 解:(1)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)階段產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)  E1=B0Lv                
產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的大小 I1=$\frac{{E}_{1}}{R}$
則通過回路的電荷量 q=I1•$\frac{L}{v}$=$\frac{{B}_{0}{L}^{2}}{R}$                                                        
(2)當(dāng)金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量不變,所以回路中沒有感應(yīng)電流,ab兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差等于ab棒上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),所以Uab=BLv.所以該同學(xué)的說法是不合理的. 
(3)線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),cd邊克服安培力做的功為
W1=$\frac{{E}_{1}^{2}}{R}•\frac{L}{v}$=$\frac{{B}_{0}^{2}{L}^{3}v}{R}$                                                                                       
線圈在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),cd 克服安培力做功的功率
P=Fv=BI2Lv=$\frac{{B}_{0}Lv}{2R}$•L•(B0+k△t)v
其中,k=$\frac{△B}{△t}$=$\frac{{B}_{0}v}{2l}$                
此過程克服安培力做的功 W2=$\overline{P}$t=$\frac{{P}_{1}+{P}_{2}}{2}$t=$\frac{\frac{{B}_{0}{L}^{2}v}{2R}•{B}_{0}+\frac{{B}_{0}{L}^{2}v}{2R}•2{B}_{0}}{2}$$•\frac{2L}{v}$=$\frac{3{B}_{0}^{2}{L}^{2}{v}^{2}}{4R}$•$\frac{2L}{v}$=$\frac{3{B}_{0}^{2}{L}^{3}v}{2R}$           
則 W=W1+W2=$\frac{5{B}_{0}^{2}{L}^{3}v}{2R}$.
答:(1)金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)階段,通過回路的電荷量為$\frac{{B}_{0}{L}^{2}}{R}$;
(2)不合理,因?yàn)闆]有感應(yīng)電流,只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);當(dāng)金屬框完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)ab之間的電勢(shì)差是BLv.
(3)金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中cd邊克服安培力做的功W為$\frac{5{B}_{0}^{2}{L}^{3}v}{2R}$.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電磁感應(yīng)與電路、圖象和能量的綜合,關(guān)鍵要有分段研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流和功的能力,特別是明確當(dāng)功率均勻增大時(shí),要知道平均功率等于初、末功率的平均值.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

14.如圖所示,衛(wèi)星P繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面在同一平面內(nèi),地球相對(duì)衛(wèi)星P的張角為θ,若3顆衛(wèi)星P在同一軌道適當(dāng)位置,信號(hào)可以覆蓋地球的全部赤道表面,下列說法正確的是( 。
A.張角θ≤60°
B.張角θ越大,衛(wèi)星運(yùn)行的線速度越小
C.張角θ越大,每顆衛(wèi)星的信號(hào)覆蓋地球的表面積越大
D.若地球半徑為R,則衛(wèi)星離底面的高度為R($\frac{1}{sinθ}$-1)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

19.南昌二中第46屆田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)于2015年10月23日勝利召開.在運(yùn)動(dòng)會(huì)開幕式上,一航拍直升機(jī)懸停在學(xué)校操場(chǎng)上空某處.該處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿豎直方向的分量為B,直升機(jī)金屬螺旋槳葉片長(zhǎng)為L(zhǎng),螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f,站在地面向上看,螺旋槳作順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).螺旋槳葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示.如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,求每個(gè)葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E,并指出a、b兩點(diǎn)哪一端電勢(shì)較高.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

16.如圖所示,有五根完全相同的金屬桿,其中四根固連在一起構(gòu)成正方形閉合框架,固定在絕緣水平桌面上,另一根金屬桿ab擱在其上且始終接觸良好.勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過桌面,不計(jì)ab桿與框架的摩擦,當(dāng)ab桿在外力F作用下勻速沿框架從最左端向最右端運(yùn)動(dòng)過程中( 。
A.外力F是恒力
B.桌面對(duì)框架的水平作用力先變小后變大
C.正方形框架的發(fā)熱功率先變小后變大
D.金屬桿ab產(chǎn)生的總熱量小于外力F所做總功的一半

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

3.如圖所示,線圈焊接車間的傳送帶不停地傳送邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.8m,質(zhì)量為4kg,電阻為4Ω的正方形單匝金屬線圈.傳送帶總長(zhǎng)8L,與水平面的夾角為θ=30°,始終以恒定速度2m/s勻速運(yùn)動(dòng).在傳送帶的左端虛線位置將線圈無初速地放到傳送帶上,經(jīng)過一段時(shí)間,線圈達(dá)到與傳送帶相同的速度,線圈運(yùn)動(dòng)到傳送帶右端掉入材料筐中(圖中材料筐未畫出).已知當(dāng)一個(gè)線圈剛好開始勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),下一個(gè)線圈恰好放到傳送帶上.線圈勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),相鄰兩個(gè)線圈的間隔為L(zhǎng).線圈運(yùn)動(dòng)到傳送帶中點(diǎn)開始保持速度2m/s 通過一固定的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為5T、磁場(chǎng)方向垂直傳送帶向上,勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾扰c傳送帶相同,沿傳送帶運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度為3L.重力加速度g=10m/s2.求:
(1)每個(gè)線圈通過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(2)設(shè)線圈的最下邊為ab,試作出當(dāng)每個(gè)線圈通過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)ab邊所受的安培力隨時(shí)間變化的F-t(設(shè)沿斜面向下為正方向)
(3)線圈與傳送帶間的摩擦系數(shù)
(4)在正常工作時(shí),電動(dòng)機(jī)對(duì)傳送帶做功的功率.

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

13.如圖所示,abcd為水平放置的平行“匸”形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為l,導(dǎo)軌間有垂直與導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計(jì).已知金屬桿MN傾斜放置,與導(dǎo)軌成θ角,單位長(zhǎng)度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(dòng)(金屬桿滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好).則下列說法中錯(cuò)誤的是( 。
A.電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為$\frac{Blv}{sinθ}$
B.電路中感應(yīng)電流的大小為$\frac{Bvsinθ}{r}$
C.金屬桿所受安培力的大小為$\frac{{B}^{2}lvsinθ}{r}$
D.金屬桿的熱功率為$\frac{{B}^{2}l{v}^{2}}{rsinθ}$

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

20.如圖所示,電燈的重力G=10N,AO繩與頂板間的夾角為53°,BO繩水平,這時(shí)燈對(duì)CO繩產(chǎn)生的拉力F=G=10N,求F的兩個(gè)分力大小.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

17.在自由落體運(yùn)動(dòng)中,第一個(gè)2s、第二個(gè)2s和第三個(gè)2s內(nèi)的位移之比為( 。
A.1:3:5B.1:4:9C.2:8:7D.4:12:3

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18.李明駕車到車站接人后返回原處,往返過程中一共行駛了5.8km,李明在此過程中的路程和位移大小分別是( 。
A.5.8km,0B.0,5.8kmC.0,0D.5.8km,5.8km

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同步練習(xí)冊(cè)答案