近期《科学》中文版的文章介绍了一种新技术——航天飞缆,航天飞缆是用柔性缆索将两个物体连接起来在太空飞行的系统.飞缆系统在太空飞行中能为自身提供电能和拖曳力,它还能清理“太空垃圾”等.从1967年至1999年的17次试验中,飞缆系统试验已获得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基本定律来解释.
图15
图15为飞缆系统的简化模型示意图,图中两个物体P、Q的质量分别为mP、mQ,柔性金属缆索长为l,外有绝缘层,系统在近地轨道做圆周运动,运动过程中Q距地面高为h.设缆索总保持指向地心,P的速度为vP.已知地球半径为R,地面的重力加速度为g.
(1)飞缆系统在地磁场中运动,地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.设缆索中无电流,问缆索P、Q哪端电势高?此问中可认为缆索各处的速度均近似等于vP,求P、Q两端的电势差;
(2)设缆索的电阻为R1,如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流,相应的电阻为R2,求缆索所受的安培力多大;
(3)求缆索对Q的拉力FQ.
如图14所示，水平面上平行放置的光滑金属导轨相距L=0.2 m，导轨置于磁感应强度B=0.5 T、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中，导轨左端接阻值为R=1.5 Ω的电阻，导轨电阻可忽略不计.今把电阻r=0.5 Ω的导体棒MN放在导轨上，棒与导轨垂直，接触良好.若导体棒以v=10 m/s的速度匀速向右运动，求:
图14
（1）导体棒中感应电动势的大小及通过MN棒的电流大小；
（2）导体棒两端的电势差；
（3）维持导体棒做匀速运动所施加的向右的水平外力的大小.
一直升机停在南半球的地磁极上空.该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为l,螺旋桨转动的频率为f,顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动.螺旋桨叶片的近轴端为a,远轴端为b,如图13所示.如果忽略a到转轴中心线的距离,用E表示每个叶片中的感应电动势,则( )
图13
A.E=πfl2B,且a点电势低于b点电势
B.E=2πfl2B,且a点电势低于b点电势
C.E=πfl2B,且a点电势高于b点电势
D.E=2πfl2B,且a点电势高于b点电势
图11中,虚线右侧存在垂直纸面指向纸内的匀强磁场,半圆形闭合线框与纸面共面,绕过圆心O且垂直于纸面的轴匀速转动.线框中的感应电流以逆时针方向为正方向,那么图12中哪个图能正确描述线框从图示位置开始转动一周的过程中,线框中感应电流随时间变化的情况( )
图11
图12
在匀强磁场中，有一接有电容器的回路，如图10所示.已知C=30 μF，l1=5 cm，l2=8 cm，磁场以5×10-2 T/s的速度增强.则 ( )
图10
A.电容器上板带正电，带电荷量2×10-9 C
B.电容器上板带正电，带电荷量6×10-9 C
C.电容器上板带负电，带电荷量4×10-9 C
D.电容器上板带负电，带电荷量6×10-9 C
在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接如图9所示，导轨上放入一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面.要使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线的运动情况可能是( )
图9
A.匀速向右运动
B.加速向右运动
C.减速向右运动
D.减速向左运动
