综合题20.0分
物理

如图甲所示,斜面的倾角α=30°,在斜面上放置一矩形线框abcdab边的边长L1=1 m,bc边的边长L2=0.6 m,线框的质量m=1 kg,线框的电阻R= 0.1 Ω,线框受到沿斜面向上的恒力F的作用,已知F=15 N,线框与斜面间的动摩擦因数μ=。线框的边ab∥efgh,斜面的ef hg区域有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙的Bt图象所示,时间t是从线框由静止开始运动起计时的。如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh线的距离x=5.1 m,取g=10 m/s2

23. 求线框进入磁场前的加速度a。

24.线框进入磁场时匀速运动的速度v。

25.在丙图中画出线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v-t图象。

26.线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热Q

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

线框进入磁场前,线框受到线框的重力、拉力F、斜面的支持力和线框的摩擦力作用,由牛顿第二定律:F-mgsinα-μmgcosα=ma 得线框进入磁场前的加速度a=5 m/s2。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律;闭合电路的欧姆定律

解题思路

线框进入磁场前,受到重力、细线的拉力F和斜面的支持力作用做匀加速运动,根据牛顿第二定律求解加速度。

易错点

分析线框的受力情况,确定其运动情况是关键,利用受力分析判断物体的运动,通过电磁感应定律求解感应电动势。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

2m/s

解析

因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E1=BL1v,形成的感应电流I1=,受到沿斜面向下的恒定的安培力FBI1L1,线框受力平衡,有Fmgsin αμmgcosαF,此时磁感应强度必恒定不变B=0.5 T,代入数据解得v=2 m/s 。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律;闭合电路的欧姆定律

解题思路

线框进人磁场最初一段时间是匀速的,合力为零,由E=Blv、I=、F=BIl推导出安培力表达式,由平衡条件求解速度。

易错点

分析线框的受力情况,确定其运动情况是关键,利用受力分析判断物体的运动,通过电磁感应定律求解感应电动势。

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

线框abcd进入磁场前做匀加速直线运动,进入磁场前的运动时间t1==0.4 s;进入磁场过程中线框做匀速运动的时间t2==0.3 s;线框完全进入磁场后至运动到gh线,线框受力情况与进入磁场前相同,仍做匀加速直线运动,所以该阶段的加速度大小仍为a=5 m/s2,该过程有x-l2vt3at,解得t3=1 s; 线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v-t图象如图。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律;闭合电路的欧姆定律

解题思路

线框进入磁场前做匀加速直线运动,进磁场的过程中做匀速直线运动,分别由公式求出线框进入磁场前运动的时间和进磁场匀速运动的时间。线框完全进入磁场后受力情况与进入磁场前相同,加速度相同,根据位移公式求解从gh运动到ef的时间,结合图象分析线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中有感应电流的时间,根据法拉第定律求得感应电动势,由焦耳定律求解热量。

易错点

分析线框的受力情况,确定其运动情况是关键,利用受力分析判断物体的运动,通过电磁感应定律求解感应电动势。

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

3.5J

解析

线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中,线框中有感应电流的时间t4=t1t2t3-0.9 s=0.8 s;E2== V=0.25 V;此过程产生的焦耳热Q2=== 0.5 J;线框匀速进入磁场过程中产生的焦耳热Q1= I12Rt2 =3 J;线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热:Q= Q1+ Q2=3.5 J。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;匀变速直线运动的位移与时间的关系;牛顿第二定律;闭合电路的欧姆定律

解题思路

线框进入磁场前做匀加速直线运动,进磁场的过程中做匀速直线运动,分别由公式求出线框进入磁场前运动的时间和进磁场匀速运动的时间.线框完全进入磁场后受力情况与进入磁场前相同,加速度相同,根据位移公式求解从gh运动到ef的时间,结合图象分析线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中有感应电流的时间,根据法拉第定律求得感应电动势,由焦耳定律求解热量。

易错点

分析线框的受力情况,确定其运动情况是关键,利用受力分析判断物体的运动,通过电磁感应定律求解感应电动势。