17.如圖1,一輛塑料玩具小汽車,底部安裝了一個(gè)10匝的導(dǎo)電線圈,線圈和小車總質(zhì)量m=0.5kg,線圈寬度l1=0.1m,長度與車身長度相同l2=0.25m,總電阻R=1.0Ω;某次試驗(yàn)中,小車在F=2.0N的水平向右恒定驅(qū)動(dòng)力作用下由靜止開始在水平路面上運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車前端進(jìn)入右邊的勻強(qiáng)磁場區(qū)域ABCD時(shí),恰好達(dá)到勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),磁場方向豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化情況如B-t圖象(圖2)所示,如圖3,以小車進(jìn)入磁場的時(shí)候做為計(jì)時(shí)的起點(diǎn);磁場寬度d=1.0m,磁場寬度AB大于小車寬度,整個(gè)過程中小車所受阻力為其總重力的0.2倍;求:

(1)小車前端碰到磁場邊界AB時(shí)線圈中的電流大小及小車的速度;
(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;
(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.

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.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.如圖所示,兩木塊A、B用輕質(zhì)彈簧連在一起,置于光滑的水平面上.一顆子彈水平射入木塊A,并留在其中.在子彈打中木塊A及彈簧被壓縮的整個(gè)過程中,對子彈、兩木塊和彈簧組成的系統(tǒng),下列說法中正確的是( 。
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

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

11.如圖所示,在第一象限內(nèi)有沿y軸負(fù)方向的電場強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)磁場.在第二象限中,半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場.圓形區(qū)域與x、y軸分別相切于A、C兩點(diǎn);在A點(diǎn)正下方有一個(gè)粒子源P,P可以向x軸上方各個(gè)方向射出速度大小均為v0,質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子(重力不計(jì),不計(jì)粒子間的相互作用),其中沿y軸正方向射出的帶電粒子剛好從C點(diǎn)垂直于y軸進(jìn)入電場
(1)求勻強(qiáng)磁場的磁惑應(yīng)強(qiáng)度大小B;
(2)求帶電粒子到達(dá)x軸時(shí)的橫坐標(biāo)范圍和帶電粒子到達(dá)x軸前運(yùn)動(dòng)時(shí)間的范圍;
(3)如果將第一象限內(nèi)的電場方向改為沿x軸負(fù)方向,分析帶電粒子將從何處離開磁場,可以不寫出過程.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

5.某同學(xué)提出了僅運(yùn)用一個(gè)已知質(zhì)量為m的鉤碼和一把米尺進(jìn)行測量的方案.首先,他把鉤碼直接懸掛在這種棉線上,結(jié)果棉線沒有斷,而且沒有發(fā)生明顯伸長.然后該同學(xué)利用如圖的裝置,得出了該棉線能承受的最大拉力(細(xì)線兩端點(diǎn)A、B始終位于同一水平線).請你根據(jù)該同學(xué)已具有的上述器材,回答下列問題(已知重力加速度為g):
(1)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量是:AB之間的長度2l1和繩子的長度2l2
(2)棉線能承受的最大拉力F的表達(dá)式是:F=$\frac{mg{l}_{1}}{2\sqrt{{{l}_{1}}^{2}-{{l}_{2}}^{2}}}$.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

12.如圖所示,兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B,分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端,已知m1>m2,現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.
(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量,則需要測量的工具有①②③(在答題卡上對應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號(hào))
①刻度尺                ②天平            ③秒表         ④游標(biāo)卡尺
(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度,某小組同學(xué)對此實(shí)驗(yàn)提出以下建議:
①繩子越粗越好;②繩的質(zhì)量要輕;③兩個(gè)物塊的質(zhì)量差要盡可能大;④將繩換成彈簧
以上建議中確實(shí)對提高準(zhǔn)確程度有作用的是②③(在答題卡上對應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號(hào))

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,下列說法正確的是( 。
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

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

9.為了確定一根輕彈簧壓縮最短時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢能的大小,可以將彈簧一端固定在一帶有凹槽軌道的起點(diǎn),并軌道固定在水平桌面邊緣,如圖所示,
為了測定一根輕彈簧壓縮到最短時(shí)具有的彈性勢能的大小,可以將彈簧固定在一帶有凹槽軌道的一端,并將軌道固定在水平桌面邊緣上,如圖所示,用鋼球?qū)椈蓧嚎s至最短,而后突然釋放,鋼球?qū)⒀剀壍里w出桌面,實(shí)驗(yàn)時(shí):
(1)需要測定的物理量是:①鋼球的質(zhì)量m;②桌面的高度h;③鋼球落地點(diǎn)的水平位移s;
(2)計(jì)算彈簧最短時(shí)彈性勢能的關(guān)系式是Ep=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

6.小明同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.A為裝有擋光片的鉤碼,總質(zhì)量為M,擋光片的擋光寬度為b,輕繩一端與A相連,另一端跨過光滑輕質(zhì)定滑輪與質(zhì)量為m(m<M)的重物B相連.他的做法是:先用力拉住B,保持A、B靜止,測出A的擋光片上端到光電門的距離h;然后由靜止釋放B,A下落過程中經(jīng)過光電門,光電門可測出擋光片的擋光時(shí)間t,算出擋光片經(jīng)過光電門的平均速度,將其視為A下落h(h>>b)時(shí)的速度,重力加速度為g.
(1)在A從靜止開始下落h的過程中,驗(yàn)證以A、B、地球所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為$(M-m)gh=\frac{1}{2}(M+m)(\frac{t})^{2}$(用題目所給物理量的符號(hào)表示);
(2)由于光電門所測的平均速度與物體A下落h時(shí)的瞬時(shí)速度間存在一個(gè)差值△v,因而系統(tǒng)減少的重力勢能
大于系統(tǒng)增加的動(dòng)能(選填“大于”或“小于”);
(3)為減小上述△v對結(jié)果的影響,小明同學(xué)想到了以下一些做法,其中可行的是D
A.保持A下落的初始位置不變,測出多組t,算出多個(gè)平均速度然后取平均值
B.減小擋光片上端到光電門的距離h
C.增大擋光片的擋光寬度b
D.適當(dāng)減小擋光片的擋光寬度b
(4)若采用本裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭,則測量值小于真實(shí)值(選填“大于”、“等于”或“小于”).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

7.總體積為7m3的汽缸內(nèi)部用一個(gè)絕熱光滑的活塞分割成兩部分,左端為A右端為B,活塞不動(dòng)即兩側(cè)壓強(qiáng)相等,初始?xì)鉁鼐鶠?7°,現(xiàn)對A部分氣體加熱至溫度升高到127°,B部分氣體溫度保持不變.
(i)A氣體的體積變?yōu)槎嗌伲?br />(ii)B氣體在該過程中是放熱還是吸熱.

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案