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如图所示,有一宽L=0.4m的矩形金属框架水平放置,框架两端各接一个阻值R=2Ω...

如图所示,有一宽L=0.4m的矩形金属框架水平放置,框架两端各接一个阻值R=2Ω的电阻,框架的其他部分电阻不计,框架足够长.垂直于金属框平面有一向下的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T.金属杆ab与框架接触良好,杆质量m=0.1Kg,杆电阻r=1.0Ω,杆与框架的摩擦不计.当杆受一水平恒定拉力F作用即由静止开始运动,经一段时间,电流表的示数始终保持在0.6A,已知在金属杆加速过程中每个电阻R产生的热量Q=0.2J.求:
(1)电路中最大感应电动势;
(2)在金属杆加速过程中安培力做的功;
(3)在加速过程中金属杆的位移.

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(1)可知ab切割磁感线产生感应电动势,相当于电源,两个电阻R并联,画出等效电路图.金属杆稳定时做匀速运动,由电流表的示数,根据串并联关系求出电路中的总电流,由闭合电路欧姆定律求出最大感应电动势; (2)已知在金属杆加速过程中每个电阻R产生的热量Q=0.2J,可根据焦耳定律Q=I2Rt及串并联关系,求出金属杆产生的热量,即可得到电路中产生的总热量; (3)电流表示数稳定时,ab杆匀速运动,水平拉力与安培力平衡,由F安=BIL求出安培力,即可求出拉力F.由功能关系知,金属杆克服安培力做功等于电路中产生的热量,即可求出安培力做功,再分析动能定理求解金属杆的位移. 【解析】 (1)杆ab切割磁场时,等效电路图如图所示,当金属杆做匀速运动时,速度最大,电路中感应电动势最大. I=0.6A I总=2I=1.2A …① R外=R=1Ω 根据闭合电路欧姆定律得: Em=I总(R外+r)=1.2×(1+1)V=2.4V …② (2)安培力做的功WA=-Q总=-(2Q+Qr)…③ ∵===2 ∴Qr=2 Q…④ ∴WA=-0.8J…⑤ (3)电流表示数稳定时,ab杆匀速运动,则F=F安…③ 根据安培力公式 F安=BI总L…④ ∴F=1.0×1.2×0.4N=0.48 N …⑤ ab棒的最大速度 vm==m/s=6m/s…⑥ 根据动能定理 WF+WA=m-0…⑩ 得 WF=×0.1×62+0.8J=2.6J 根据功的公式,加速过程中金属杆的位移 s==m≈5.4m 答: (1)电路中产生的最大感应电动势为2.4V; (2)在金属杆加速过程中安培力做的功是-0.8J; (3)在加速过程中金属杆的位移为5.4m.
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考点分析:
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B.他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象,用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律,以验证假设.
C.在相同的实验条件下,同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离,将数据填入下表中,图(a)是对应的位移一时间图线.然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落,分别测出它们的速度一时间图线,如图(b)中图线l、2、3、4、5所示.
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后,证实了他们的假设.回答下列提问:
(1)与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是       
(2)图(a)中的AB段反映了运动物体在做    运动.
(3)图(b)中各条图线具有共同特点,“小纸杯”在下落的开始阶段做加速度越来越    (填“大”或“小”),速度越来越    (填“大”或“小”)的运动,最后“小纸杯”做    运动.
(4)比较图(b)中的图线l和5,指出在1.0~1.5s时间段内,速度随时间的变化特点有什么差异:    manfen5.com 满分网
时间(s)下落距离(m)
0.00.000
0.40.036
0.80.469
1.20.957
1.61.447
2.Ox
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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