光滑絕緣水平面上存在豎直向下的勻強磁場B,寬度為2L,一邊長為L、電阻為R.用同種材料做成的正方形線框以初速度v0從左側(cè)沖進(jìn)磁場區(qū)域,俯視圖如圖21 -(a)所示,當(dāng)線框完全離開磁場時速度恰好為零.以ab邊剛進(jìn)入磁場時為時間和位移的零點,用v表示線框速度(以右為正方向),i表示回路中的感應(yīng)電流(以逆時針方向為正,i0表示零時刻回路的感應(yīng)電流),Uab表示a、b兩點間的電壓,F(xiàn)ab表示ab邊所受的安培力(向左為正,F(xiàn)0表示零時刻ab邊所受的安培力).則關(guān)于以上四個物理量對時間t或?qū)ξ灰苮的圖象中正確的是(   )
CD
分析:AB、根據(jù)動量定理BILt=mv0-mv,以及法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律得出速度與位移的關(guān)系,成線性關(guān)系.線框進(jìn)入磁場的過程中和離開磁場的過程中均做加速度減小的減速運動,進(jìn)入磁場的時間大于離開磁場的時間.從而可知到i與t合v與t的大致關(guān)系圖線.
C、進(jìn)入磁場時Uab=E=BLv,出磁場時Uab=BLv,通過v與x的關(guān)系,得出U與x的關(guān)系.
D、ab邊受到的安培力只有進(jìn)入磁場過程中存在,根據(jù)Fab=得出安培力與位移的關(guān)系.
解答:解:AB、根據(jù)動量定理,BILt=mv0-mv,(其中v0表示初速度,v表示任一時刻的速度),由q=It,且I=(其中R表示線框的電阻),由法拉第電磁感應(yīng)定律E=,聯(lián)立解得BL2=mv0-mv,顯然速度與運動的位移成線性關(guān)系,故進(jìn)入磁場區(qū)域L位移的過程中和離開磁場區(qū)域L位移的過程中的速率減少量相同,可得線框在磁場中勻速運動的速度為0.5v0,線框進(jìn)入磁場的過程中和離開磁場的過程中均做加速度減小的減速運動,進(jìn)入磁場的時間大于離開磁場的時間,A、B圖線雖然樣式正確,但因A、B圖線均顯示時間為t0,故A、B錯誤.
C、進(jìn)入磁場的過程中ab邊切割磁感線,等效為電源,故Uab=E=BLv,(v從v0減小到0.5v0),完全進(jìn)入磁場時,線框左右兩邊均切割,但無電流,Uab=0.5BLv0,離開磁場的過程中,線框的左邊切割磁感線,故Uab=BLv,(v從0.5v0減小到0),由于在進(jìn)場和出場過程中速度與位移呈線性關(guān)系,故進(jìn)場和出場過程中Uab與位移也成線性關(guān)系,故C正確.
D、對ab邊受到的安培力只有進(jìn)入磁場過程中存在,而在線框完全進(jìn)入磁場到ab邊離開磁場之前相框中無電流,ab邊不受安培力,線框離開磁場的過程中由于ab邊不在磁場中,將不再受到安培力作用,因此在線框進(jìn)入磁場的過程中,F(xiàn)ab=(v從v0減小到0.5v0),速度與位移成線性關(guān)系,故安培力與位移成線性關(guān)系,故D正確.
故選CD.
點評:本題綜合運用了動量定理,法拉第電磁感應(yīng)定律以及閉合電路歐姆定律,關(guān)鍵得出速度與位移成線性關(guān)系,從而得出電勢差、安培力與位移的關(guān)系.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,外力F使金屬桿ab在勻強磁場中沿光滑水平金屬導(dǎo)軌作勻速運動,除電阻R外,其它電阻均忽略。若下列各種情況中桿ab都能保持勻速運動狀態(tài),則(    )
A.當(dāng)F一定時,R減小為原來的一半,則F的功率也減小為原來的一半。
B.當(dāng)F一定時,為使桿的速度增大為原來的2倍,必須使R也增大為原來的2倍。
C.當(dāng)F的功率一定時,要使F能增大為原來的2倍,應(yīng)使R減小為原來的一半。
D.若R不變,當(dāng)F增大為原來的2倍時,桿的速度也應(yīng)增大到原來的2倍。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖1所示,一圓形線圈位于隨時間t變化的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B隨t變化規(guī)律如圖2所示,以i表示線圈中的感應(yīng)電流,以圖1中線圈上箭頭所示方向為電流的正方向,以垂直紙面向里的磁場方向為正,則以下的i-t圖像中正確的是:

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

磁懸浮列車是一種高速運載工具,它由兩個系統(tǒng)組成。一是懸浮系統(tǒng),利用磁力使車體在軌道上懸浮起來從而減小阻力。另一是驅(qū)動系統(tǒng),即利用磁場與固定在車體下部的感應(yīng)金屬線圈相互作用,使車體獲得牽引力,圖22就是這種磁懸浮列車電磁驅(qū)動裝置的原理示意圖。即在水平面上有兩根很長的平行軌道PQ和MN,軌道間有垂直軌道平面的勻強磁場B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B。列車底部固定著繞有N匝閉合的矩形金屬線圈abcd(列車的車廂在圖中未畫出),車廂與線圈絕緣。兩軌道間距及線圈垂直軌道的ab邊長均為L,兩磁場的寬度均與線圈的ad邊長相同。當(dāng)兩磁場Bl和B2同時沿軌道方向向右運動時,線圈會受到向右的磁場力,帶動列車沿導(dǎo)軌運動。已知列車車廂及線圈的總質(zhì)量為M,整個線圈的總電阻為R。
(1)假設(shè)用兩磁場同時水平向右以速度v0作勻速運動來起動列車,為使列車能隨磁場運動,列車所受的阻力大小應(yīng)滿足的條件;
(2)設(shè)列車所受阻力大小恒為f,假如使列車水平向右以速度v做勻速運動,求維持列車運動外界在單位時間內(nèi)需提供的總能量;
(3)設(shè)列車所受阻力大小恒為f,假如用兩磁場由靜止開始向右做勻加速運動來起動列車,當(dāng)兩磁場運動的時間為t1時,列車正在向右做勻加速直線運動,此時列車的速度為v1,求兩磁場開始運動到列車開始運動所需要的時間t0

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖11所示,豎直放置在勻強磁場中的固定光滑長直導(dǎo)軌,自身的電阻不計.磁場方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強度B="0.5" T.兩導(dǎo)體棒ab、cd的長均和導(dǎo)軌寬度相同,為l="0.2" m,電阻均為r="0.1" Ω,重力均為G="0.1" N,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好.現(xiàn)用豎直向上的推力Fab,使它勻速上升,此時觀察到cd處于靜止.下列說法正確的是(  )?

圖11
A.ab受到的推力F大小為0.1 N
B.2 s內(nèi)回路中產(chǎn)生的電能為0.2 J
C.2 s內(nèi)cd上產(chǎn)生的電熱為0.4 J
D.ab上升的速度為2 m/s

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(1 5分)如圖所示,abcd一個邊長為L,電阻為R的正方形金屬線框,從圖示位置自由下落,下落L后開始進(jìn)入寬度也為L、磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場且恰好勻速下落。磁場的正下方2L處還有一個寬度未知、磁感應(yīng)強度大小未知、方向垂直紙面向外的水平條形有界勻強磁場(如圖),金屬線框abcd穿過這個磁場時也恰好做勻速直線運動。已知線框在穿過磁場的過程中產(chǎn)生的電能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱。求:

(1)未知磁場的磁感應(yīng)強度大小;
(2)線框在穿過這兩個磁場的過程中產(chǎn)生的總焦耳熱;
(3)定性畫出線框中的電流 I 隨線框下落的高度h變化的I--h圖象(規(guī)定順時針方向為電流正方向)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,邊長為L、總電阻為R的正方形線框abcd放置在光滑水平桌面上,其bc邊緊靠磁感強度為B、寬度為2L、方向豎直向下的有界勻強磁場的邊緣,F(xiàn)使線框以初速度v0勻加速通過磁場,下列圖線中能定性反映線框從進(jìn)入到完全離開磁場的過程中,線框中的感應(yīng)電流的變化的是(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖甲所示正方形金屬線框abcd,邊長L=2.5m、質(zhì)量m=0.5kg、各邊電阻均為1Ω。其水平放置在光滑絕緣的水平面上,它的ab邊與豎直向上的勻強磁場邊界MN重合,磁場的磁感應(yīng)強度B=0.8T,F(xiàn)在水平拉力F作用下由靜止開始向左運動,經(jīng)過5s線框被拉出磁場。測得金屬線框的速度隨時間變化的圖象vtt如乙圖所示,在金屬線框被拉出磁場的過程中。求:
(1)4s末線框cd邊的電壓大小;
(2)4s末水平拉力F的大小;
(3)已知在這5s內(nèi)拉力F做功1.92J,那么在此過程中,線框產(chǎn)生的焦耳熱是多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

在LC振蕩電路中,某時刻線圈中磁場方向如圖所示,則下列說法中正確的是 (   )
     
A.若磁場正在加強,則電容器正在放電,電流方向為a→b
B.若磁場正在減弱,則電場能正在減少,電容器下板帶負(fù)電荷
C.若磁場正在減弱,則電場能正在增加,電容器下板帶負(fù)電荷
D.若磁場正在加強,則電容器正在充電,電流方向為b→a

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案