如圖14甲所示，邊長l=2.5 m、質(zhì)量m=0.5 kg的正方形金屬線框，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8 T的勻強(qiáng)磁場中，它的一邊與磁場的邊界MN重合。在力F作用下由靜止開始向左運(yùn)動，在5.0 s內(nèi)從磁場中拉出。測得金屬線框中的電流隨時間變化的圖象如圖乙所示。已知金屬線框的總電阻R=4.0 Ω。?

圖14

（1）試判斷金屬線框從磁場中拉出的過程中，線框中的感應(yīng)電流的方向，并在圖中標(biāo)出；?

（2）t=2.0 s時金屬線框的速度和力F的大�。�?

（3）已知在5.0 s內(nèi)力F做功1.92 J，那么金屬線框從磁場拉出的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱是多少？??

解析：本題主要考查利用圖象解決實(shí)際問題的能力。根據(jù)圖象可以看出感應(yīng)電流均勻增加，判斷金屬框做勻加速直線運(yùn)動，通過推導(dǎo)I與t的關(guān)系式找出其斜率的物理意義，代入特殊值即可求解。求解整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱，由于金屬棒中的電流不均勻，不能直接求解，但可以利用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行求解。?

解：（1）感應(yīng)電流沿逆時針方向(圖略)。?

（2）由電流圖象可知，感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律：I=0.1t,?

由感應(yīng)電流=I可得金屬框的速度隨時間也是線性變化的，v==0.2t，線框做勻加速直線運(yùn)動。加速度a=0.2m/s2。??

t=2.0 s時感應(yīng)電流I2=0.2 A, v2=0.4 m/s。??

安培力FA=BIL=0.8×0.2×2.5=0.4 N。??

線框在外力F和安培力FA作用下做加速運(yùn)動，F(xiàn)－FA=ma,?

得力F=0.50 N。?

（3）金屬線框從磁場拉出的過程中，拉力做功轉(zhuǎn)化成線框的動能和線框中產(chǎn)生的焦耳熱。?

t=5 s時，線框從磁場中拉出時的速度v5=1 m/s。?

線框中產(chǎn)生的焦耳熱 Q=W-mv52=1.67 J。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

某同學(xué)采用半徑R=25cm的
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圓弧軌道做平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，其部分實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．實(shí)驗(yàn)中，通過調(diào)整使出口末端B的切線水平后，讓小球從圓弧頂端的A點(diǎn)由靜止釋放．圖乙是小球做平拋運(yùn)動的閃光照片，照片中的每個正方形小格的邊長代表的實(shí)際長度為4.85cm．己知閃光頻率是10Hz．則根據(jù)上述的信息可知：
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①小球到達(dá)軌道最低點(diǎn)B時的速度大小vB=
 
m/s，小球在D點(diǎn)時的豎直速度大小vDy=
 
m/s，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=
 
m/s2；（取三位有效數(shù)字）．
②小球在圓弧槽軌道上是否受到了摩擦力：
 
（填“受到”、“未受到”或“條件不足，無法確定”）．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖14甲所示，固定于水平桌面上的金屬架cdef，處在一豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦地滑動，此時adeb構(gòu)成一個邊長為l的正方形，金屬棒的電阻為r，其余部分的電阻不計.從t0=0的時刻起，磁場開始均勻增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率的大小為k(k=).求：

圖14

(1)用垂直于金屬棒的水平拉力F使金屬棒保持靜止，寫出F的大小隨時間t變化的關(guān)系式.

(2)如果豎直向下的磁場是非均勻增大的(即k不是常數(shù))，金屬棒以速度v0向什么方向勻速運(yùn)動時，可使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流，寫出該磁感應(yīng)強(qiáng)度Bt隨時間t變化的關(guān)系式.

(3)如果非均勻變化磁場在0—t1時間內(nèi)的方向豎直向下，在t1—t2時間內(nèi)的方向豎直向上，若t0=0時刻和t1時刻磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B0，且adeb的面積均為l2.當(dāng)金屬棒按圖乙中的規(guī)律運(yùn)動時，為使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流，請在圖丙中示意地畫出變化的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bt隨時間變化的圖像(t1-t0=t2-t1＜).

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖14甲所示，兩個邊長為l、寬為L的矩形單匝導(dǎo)體線框abcd、a′b′c′d′互相垂直，彼此絕緣，可繞共同的中心軸O1O2轉(zhuǎn)動，將兩線框的始端并在一起接到金屬滑環(huán)C上，末端并在一起接到金屬滑環(huán)D上，兩金屬滑環(huán)C、D彼此絕緣，并分別通過一個電刷與定值電阻R相連。線框處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的磁場中，磁場邊緣之間所夾的圓心角為45°，如圖乙所示（圖中的圓表示圓柱形鐵芯，它使磁鐵和鐵芯之間的磁場沿半徑方向，如圖箭頭所示）。不論線框轉(zhuǎn)到磁場中的什么位置，磁場的方向總是與線框平面平行。磁場中長為l的線框邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，設(shè)兩線框的總電阻均為r，以相同的角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動，通過電刷跟C、D相連的定值電阻R=2r。

　 （1）求線框abcd轉(zhuǎn)到圖乙位置時感應(yīng)電動勢的大��；

　 （2）求轉(zhuǎn)動過程中電阻R上的電壓最大值；

　 （3）求外力驅(qū)動兩線框轉(zhuǎn)動一周所做的功。

　 （4）從線框abcd進(jìn)入磁場開始時，作出0~T（T是線框轉(zhuǎn)動周期）時間內(nèi)通過R的電流iR隨時間變化的圖象；

　

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科目：高中物理 來源： 題型：

（09年湖南師大附中月考）(14分)如圖甲所示，邊長為L=2.5m、質(zhì)量M=0.50kg的正方形金屬線框放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.80T的勻強(qiáng)磁場中．它的一邊與磁場的邊界N重合，在力F的作用下由靜止開始向左運(yùn)動，測得金屬框中的電流隨時間變化的圖象如圖乙所示．已知金屬線框的總電阻R=4.0。

   

       (1)試判斷_金屬線框從磁場中拉出的過程中，線框中感應(yīng)電流的方向；

       (2)求t=2.0s時金屬線框的速度和力F的大��；

       (3)已知在5.0s內(nèi)，力F做功1.92J．求5.0s內(nèi)，線框產(chǎn)生的熱量。

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