分析 (1)由受力平衡求得電流,再根據(jù)楞次定律求得速度;
(2)小車進(jìn)入磁場過程,通過勻速運(yùn)動(dòng)求得運(yùn)動(dòng)時(shí)間,進(jìn)而得到電荷量;在磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的過程,先通過勻變速運(yùn)動(dòng)求得小車運(yùn)動(dòng)時(shí)間,進(jìn)而通過磁通量的變化得到電動(dòng)勢、電流,從而求得電荷量;將兩部分電荷量累加就是整個(gè)過程通過的電荷量;
(3)由焦耳定律分別求出進(jìn)入磁場和在磁場中運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的焦耳熱,將兩部分焦耳熱累加即可.
解答 解:(1)對小車勻速進(jìn)入過程:在水平方向上,小車在阻力、驅(qū)動(dòng)力、安培力三力平衡下作勻速直線運(yùn)動(dòng),所以,F(xiàn)=0.2mg+10BIl1;
所以,$I=\frac{F-0.2mg}{10B{l}_{1}}=\frac{2-0.2×0.5×10}{10×1×0.1}A=1A$;
又有$I=\frac{10B{l}_{1}v}{R}$,所以,$v=\frac{IR}{10B{l}_{1}}=\frac{1×1}{10×1×0.1}m/s=1m/s$;
(2)小車勻速進(jìn)入磁場過程所需時(shí)間$t=\frac{{l}_{2}}{v}=0.25s$,通過線圈中的電荷量q1=It=0.25C;
進(jìn)入磁場到小車前端碰到磁場邊界CD的過程中,小車不經(jīng)過磁場邊界,則線圈中感生電動(dòng)勢由于磁場增強(qiáng)產(chǎn)生,且線圈左右兩邊所受的安培力時(shí)刻等大反向,因此小車將在恒力F和阻力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),$a=\frac{F-0.2mg}{m}=\frac{2-0.2×0.5×10}{0.5}m/{s}^{2}=2m/{s}^{2}$;
所以,小車在這個(gè)過程中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2有關(guān)系式:$d-{l}_{2}=v{t}_{2}+\frac{1}{2}a{{t}_{2}}^{2}$,所以,t2=0.5s;
在小車完全進(jìn)去磁場到小車前端碰到磁場邊界CD的過程中,線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢${E}_{2}=\frac{10△B•{l}_{1}{l}_{2}}{△t}=10×\frac{1}{0.25}×0.1×0.25V=1V$;
所以,產(chǎn)生的電荷量${q}_{2}=\frac{{E}_{2}}{R}{t}_{2}=\frac{1}{1}×0.5C=0.5C$;
所以,從靜止開始到小車前端碰到磁場邊界CD的整個(gè)過程,通過線圈中的電荷量q=q1+q2=0.75C;
(3)小車進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱${Q}_{1}={I}^{2}Rt={1}^{2}×1×0.25J=0.25J$;
小車完全進(jìn)入磁場到前端碰到CD過程中產(chǎn)生的焦耳熱${Q}_{2}=\frac{{{E}_{2}}^{2}}{R}{t}_{2}=\frac{{1}^{2}}{1}×0.5J=0.5J$;
所以總熱量Q=Q1+Q2=0.75J;
答:(1)小車前端碰到磁場邊界AB時(shí)線圈中的電流大小為1A,小車的速度大小為1m/s;
(2)從靜止開始到小車前端碰到磁場邊界CD的整個(gè)過程中,通過線圈中的電荷量為0.75C;
(3)從靜止開始到小車前端碰到磁場邊界CD的整個(gè)過程中,線圈中產(chǎn)生的焦耳熱為0.75J.
點(diǎn)評 閉合電路在磁場中,只要磁通量變化,則會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢和感應(yīng)電流,一般地,通過邊界用E=BLv,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化用$E=n\frac{△∅}{△t}$來計(jì)算.
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | 動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒,機(jī)械能守恒 | |
B. | 動(dòng)量守恒、動(dòng)能不守恒,機(jī)械能不守恒 | |
C. | 動(dòng)量不守恒、動(dòng)能守恒,機(jī)械能守恒 | |
D. | 動(dòng)量、動(dòng)能、機(jī)械能都不守恒 |
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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題
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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | 只要閉合回路的磁通量不為零,回路中就有感應(yīng)電流 | |
B. | 若感應(yīng)電流是由原電流變化而產(chǎn)生的,則感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反 | |
C. | 感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與回路中磁通量的變化率大小成正比 | |
D. | 當(dāng)閉合回路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),速度越大,則感應(yīng)電流強(qiáng)度也越大 |
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