2.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T,磁場寬度L2=3米,一正方形金屬框邊長L1=1m,每邊電阻r=0.2Ω,金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場區(qū),其平面始終保持和磁感線方向垂直,如圖1所示,求:
(1)回路中有感應(yīng)電流的最大值.
(2)金屬框cd邊剛進(jìn)入磁場時,ab兩端電勢差,并指明哪端電勢高.
(3)在圖2中畫出金屬框穿過磁場的過程中,金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的I-t圖線(規(guī)定電流方向逆時針為正).
(4)在圖3中畫出金屬框穿過磁場的過程中,ab兩端電壓的U-t圖線.

分析 (1)根據(jù)切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢公式,結(jié)合歐姆定律求出感應(yīng)電流的最大值.
(2)根據(jù)切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢公式和歐姆定律求出ab兩端的電勢差,根據(jù)電流的方向確定電勢的高低.
(3)本題分三段研究:線框進(jìn)入磁場、完全進(jìn)入磁場和穿出磁場三個過程.由E=BLv、I=$\frac{E}{R}$結(jié)合求解感應(yīng)電流的大小.由右手定則判斷感應(yīng)電流的方向,再畫出圖象;
(4)根據(jù)ab兩端電壓Uab與感應(yīng)電動勢的關(guān)系,求出Uab,畫出電壓圖象

解答 解:(1)線框進(jìn)入磁場或出磁場時,感應(yīng)電動勢E=BL1v=0.2×1×10V=2V,
感應(yīng)電流的最大值I=$\frac{E}{R}=\frac{2}{4×0.2}A=2.5A$.
(2)金屬框cd邊剛進(jìn)入磁場時,ab邊兩端的電勢差Uab=Ir=2.5×0.2V=0.5V,
根據(jù)右手定則知,感應(yīng)電流的方向為a流向b,則a端的電勢高.
(3)進(jìn)入磁場的時間${t}_{1}=\frac{{L}_{1}}{v}=\frac{1}{10}s=0.1s$,根據(jù)右手定則知,感應(yīng)電流的方向為逆時針方向,大小I=2.5A,
完全在磁場中運(yùn)動的時間${t}_{2}=\frac{{L}_{2}-{L}_{1}}{v}=\frac{3-1}{10}s=0.2s$,磁通量不變,沒有感應(yīng)電流,
出磁場的時間t3=t1=0.1s,根據(jù)右手定則知,感應(yīng)電流的方向為順時針方向,大小I=2.5A,如圖所示.
(4)進(jìn)入磁場的過程中,ab邊兩端的電勢差Uab=Ir=2.5×0.2V=0.5V,
完全在磁場中,ab邊兩端的電勢差Uab=BL1v=0.2×1×10V=2V,
出磁場過程中,ab邊兩端的電勢差Uab=I•3r=2.5×0.6V=1.5V,ab兩端電壓的U-t圖線如圖所示.
答:(1)回路中有感應(yīng)電流的最大值為2.5A;
(2)金屬框cd邊剛進(jìn)入磁場時,ab兩端電勢差為0.5V,a端的電勢高.
(3)金屬框穿過磁場的過程中,金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的I-t圖線如圖所示.
(4)金屬框穿過磁場的過程中,ab兩端電壓的U-t圖線如圖所示.

點評 本題考查了作I-t、U-t圖象,應(yīng)用E=BLv求出電動勢、因感應(yīng)歐姆定律求出電流、分析清楚線框運(yùn)動過程、求出I、U隨時間變化的關(guān)系即可正確解題.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

20.做勻速圓周運(yùn)動的物體( 。
A.速度時刻都在改變,所以必有加速度
B.線速度大小保持不變,所以物體處于平衡狀態(tài)
C.加速度的大小保持不變,所以是勻變速曲線運(yùn)動
D.其合外力提供向心力,是恒力作用下的曲線運(yùn)動

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

1.如圖所示為懸浮在水中的一個花粉顆粒的布朗運(yùn)動的情況,從A點開始計時,在一段時間內(nèi),每隔30s記下一個位置,依次記為B、C、D、E、F,則( 。
A.圖中的折線不是花粉的運(yùn)動軌跡B.2 min內(nèi)此花粉的位移大小是AE
C.第15 s時,此花粉應(yīng)在AB的中點D.第15 s時,此花粉可能在AB的中點

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

10.如圖1所示兩根電阻忽略不計的導(dǎo)軌平行放置,導(dǎo)軌左端接電阻R1,右端接有小燈泡L,導(dǎo)體棒AB垂直于導(dǎo)軌放置,電阻R1、導(dǎo)體棒AB和小燈泡的電阻均為R(不計燈泡電阻隨溫度的變化),虛線MN右側(cè)有垂直導(dǎo)軌的磁場,當(dāng)導(dǎo)體棒AB從距MN左側(cè)某處勻速向右運(yùn)動時開始計時,磁場隨時間變化如圖2所示,若導(dǎo)體棒AB從開始計時到穿越磁場的過程中,燈泡的亮度始終不變,則導(dǎo)體棒在穿過磁場前后導(dǎo)體棒上消耗的熱功率P1、P2的比值是( 。
A.1:1B.1:2C.1:4D.1:16

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

17.如圖所示,放置在水平桌面上的兩條光滑導(dǎo)軌間的距離L=1m,質(zhì)量m=1kg的光滑導(dǎo)體棒靜止在足夠長的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌左端與阻值R=4Ω的電阻相連,(導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計).導(dǎo)軌所在位置有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T的勻強(qiáng)磁場,磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下,現(xiàn)在給導(dǎo)體棒施加一個水平向右的恒定拉力F,2s時速度為8m/s,位移為8m,最后以12m/s的速度勻速運(yùn)動.求:
(1)力F的大小.
(2)計算前2s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量.

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

7.如圖所示,處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌相距1m,導(dǎo)軌平面與水平面成θ=37°角,下端連接阻值為R的電阻.勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為0.2kg,電阻不計的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上,棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,它們之間的動摩擦因數(shù)為0.5.
(1)求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時的加速度大小;
(2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時,電阻R消耗的功率為4W,求該速度的大;
(3)在上問中,若R=1Ω,金屬棒中的電流方向由a到b,求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

14.如圖所示,間距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平固定,其間間距為L,一長也為L、阻值為R0的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置且固定在導(dǎo)軌上(與導(dǎo)軌接觸良好).導(dǎo)軌右側(cè)NQ間接阻值為R的定值電阻,其它電阻忽略不計,另在ab上連接一對水平放置的平行金屬板AC,板間距離和板長均為L,板間的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向里,軌道處理想邊界cd左側(cè)處的磁場B1方向豎直向下,cd右側(cè)無磁場,且bc=ad=L、cQ=dN=$\frac{L}{2}$,當(dāng)軌道間的磁場以某一規(guī)律均勻變化時,一帶正電的微粒(不計重力)以一初速度v0從金屬板AC間沿板方向垂直進(jìn)入磁場B2剛好能做勻速直線運(yùn)動.試求:
(1)AC兩板間的電壓U;
(2)abcd回路間由于磁場變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E
(3)設(shè)0時刻軌道間的磁場B1大小為B0,寫出軌道間磁場B1隨時間變化的規(guī)律(即B1與t的關(guān)系式)

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

11.豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R,質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦,棒與導(dǎo)軌的電阻均不計,整個裝置放在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,棒在豎直向上的恒力F作用下勻速上升,以下說法正確的是( 。
A.作用在金屬棒上各力的合力做功為零
B.重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能
C.金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱
D.金屬棒克服恒力F做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

12.某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗.
(1)打點計時器使用交流(填“直流”或“交流”)電源.
(2)本實驗不需要(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力.實驗時應(yīng)A(填字母)
A.先接通電源,再釋放小車
B.先釋放小車,再接通電源 
C.同時釋放小車與接通電源
(3)該同學(xué)按正確的步驟完成了操作,并得到如圖乙所示的紙帶,打下H點時小車速度大小vH=0.90m/s,小車加速度大小 a=5.0m/s2.(均保留2位有效數(shù)字)

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同步練習(xí)冊答案