Question

【題目】如圖1所示是一個用數(shù)字化實驗系統(tǒng)進(jìn)行電磁感應(yīng)探究的實驗裝置示意圖。兩個相同的線圈A、B套在豎直放置的銅管外面并固定，兩線圈中心點的距離為0.322m。兩個線圈分別用電壓傳感器（量程0.2V）連接到計算機(jī)。將一塊扁平圓柱形釹鐵硼磁體從銅管的上端無初速放入管中，磁鐵在下落過程中先后從銅管內(nèi)部穿過兩個線圈，使線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電壓傳感器及電腦組成的系統(tǒng)可采集感應(yīng)電動勢的圖象并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖2是一次實驗采集到的圖線。

（1）請定性分析磁鐵在進(jìn)入銅管后下落的整個運(yùn)動過程中的速度和加速度的變化情況，并簡單說明原因。

（2）計算磁體在銅管中部穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)動的速度。

（3）請在圖1中標(biāo)出圖2中的a 、b 、c 三點對應(yīng)的時刻磁體（中心）在銅管中所在的大體位置。

Answer 1

【答案】（1）見解析； （2）0.089m/s （3）

【解析】

（1）釹鐵硼磁體剛進(jìn)入銅管以后，開始做加速度減小的變加速運(yùn)動，因為磁體有了速度，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，銅管中出現(xiàn)感應(yīng)電流，磁體受到電磁力F電，分析向上。受力如圖所示。

當(dāng)磁體速度逐漸增加，F電也逐漸增大，最終與重力達(dá)到平衡，磁體做勻速運(yùn)動，其速度值達(dá)到最大。

由于銅管的電阻很小，感應(yīng)電流較大，阻礙釹鐵硼運(yùn)動的作用也較大，所以，它很快就達(dá)到勻速運(yùn)動的狀態(tài)。從圖象看到，釹鐵硼是勻速通過兩個線圈間的那段距離（圖1中的AB段）。

當(dāng)磁體運(yùn)動接近出口時，磁場減弱，同時F電也減小，磁體做加速度變大的變加速運(yùn)動。

（2）已知兩線圈中心長度為l＝0.322m，從圖2可知這一段磁體運(yùn)動時間大致為（5.8－2.2）s，所以速度為v＝0.322m/（5.8－2.2）s＝0.089m/s。

（3）如圖：