在學(xué)校舉辦的高樓落蛋活動中,為保證雞蛋從高處落地后能完好無損,小明設(shè)計了如圖甲所示的裝置。裝置下端安裝了一個橫截面(俯視)如圖乙所示的磁體,其內(nèi)、外分別為圓柱形和圓筒形。兩者固定在一起,且兩者間存在沿徑向向外的磁場,不考慮磁體在其他區(qū)域產(chǎn)生的磁場。圓筒形磁體與兩條平行金屬導(dǎo)軌AH和BG固定在一起,CDEF是一個金屬線框,DF、CE被約束在導(dǎo)軌的凹槽內(nèi),可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動,線框CD的正中間接有一個半徑為r(r略大于圓柱形磁體的半徑)、匝數(shù)為N、總電阻為R的線圈,EF之間接有一只裝有雞蛋的鋁盒,鋁盒的電阻也為R。導(dǎo)軌上方固定有一根絕緣細棒HG。細棒與鋁盒間連接了一根勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)絕緣彈簧。小明將該裝置置于距離水平地面高h(h遠大于裝置自身高度)處,并保持導(dǎo)軌豎直,待鋁盒靜止后將彈簧鎖定,此時線圈恰好位于磁體上邊界處?,F(xiàn)由靜止釋放裝置,整個裝置豎直落到水平地面上后彈簧立即解除鎖定,且磁體連同兩導(dǎo)軌和絕緣棒HG的速度立即變?yōu)榱恪R阎€框CDEF(含線圈、鋁盒、雞蛋)的總質(zhì)量為m,線框第一次運動到最低點時彈簧的形變量是裝置剛落地時的兩倍,此時EF仍未進入磁場,線圈所在處的磁感應(yīng)強度大小均為B,重力加速度為g,彈簧始終在彈性限度內(nèi),除線圈和鋁盒外,線框其他部分的電阻不計,忽略空氣阻力。求:
(1)落地時線圈切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E以及線圈中感應(yīng)電流的方向(俯視);
(2)從落地到線框最終靜止的過程中,回路產(chǎn)生的總焦耳熱Q;
(3)從落地到線框第一次運動到最低點的過程中,通過回路某截面的電荷量q。
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:127引用:2難度:0.4
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1.半徑為R的金屬圓環(huán)水平固定,電阻忽略不計。圓環(huán)內(nèi)存在與環(huán)面垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。導(dǎo)體棒長為L(L>2R),其單位長度電阻值為r。圖(a)中導(dǎo)體棒與圓環(huán)相切于O1點,t=0時刻起,從圖示位置以速度v勻速向右運動,棒始終與速度方向垂直。圖(b)中導(dǎo)體棒與圓環(huán)相切于O2點,t=0時刻起,以O(shè)2點為軸從圖示位置起在水平面內(nèi)順時針勻速轉(zhuǎn)過180°,角速度為ω;導(dǎo)體棒掃過整個環(huán)面時與環(huán)接觸良好。
(1)分析說明圖(a)中導(dǎo)體棒掃過整個環(huán)面過程中流過導(dǎo)體棒的電流變化情況;
(2)求圖(b)中導(dǎo)體棒兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E與時間t的關(guān)系式;
(3)若圖(a)、圖(b)中導(dǎo)體棒掃過整個環(huán)面所用時間相同,試比較兩種情況中導(dǎo)體棒運動到虛線(圓環(huán)上直徑位置)處,流過兩導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流大小。發(fā)布:2024/12/30 1:0:6組卷:97引用:2難度:0.7 -
2.如圖甲所示,在水平面上有一豎直向下的足夠?qū)挼木匦蝿驈姶艌鰠^(qū)域,磁感應(yīng)強度B0=0.2T,區(qū)域長度L=3m,在緊靠磁場的左邊界處的水平面上放置一正方形線框,匝數(shù)n=10,邊長a=1m,線框電阻R=1Ω,質(zhì)量m=1kg?,F(xiàn)在線框上作用一水平恒力F,使線框從靜止開始向右進入磁場中,已知恒力F的大小為10N,線框與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,整個線框完全進入磁場前已經(jīng)勻速運動,g=10m/s2。當線框剛?cè)窟M入磁場開始計時,磁場即以如圖乙所示規(guī)律變化。下列說法正確的是( )
發(fā)布:2024/12/29 23:30:1組卷:141引用:3難度:0.5 -
3.如圖,空間某區(qū)域內(nèi)存在沿水平方向的勻強磁場,一正方形閉合金屬線框自磁場上方某處釋放后穿過磁場,整個過程線框平面始終豎直,線框邊長小于磁場區(qū)域上下寬度。以線框剛進入磁場時為計時起點,下列描述線框所受安培力F隨時間t變化關(guān)系的圖中,不正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/29 20:30:1組卷:231引用:3難度:0.7
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