在学校举办的高楼落蛋活动中,为保证鸡蛋从高处落地后能完好无损,小明设计了如图甲所示的装置。装置下端安装了一个横截面(俯视)如图乙所示的磁体,其内、外分别为圆柱形和圆筒形。两者固定在一起,且两者间存在沿径向向外的磁场,不考虑磁体在其他区域产生的磁场。圆筒形磁体与两条平行金属导轨AH和BG固定在一起,CDEF是一个金属线框,DF、CE被约束在导轨的凹槽内,可沿导轨无摩擦滑动,线框CD的正中间接有一个半径为r(r略大于圆柱形磁体的半径)、匝数为N、总电阻为R的线圈,EF之间接有一只装有鸡蛋的铝盒,铝盒的电阻也为R。导轨上方固定有一根绝缘细棒HG。细棒与铝盒间连接了一根劲度系数为k的轻质绝缘弹簧。小明将该装置置于距离水平地面高h(h远大于装置自身高度)处,并保持导轨竖直,待铝盒静止后将弹簧锁定,此时线圈恰好位于磁体上边界处。现由静止释放装置,整个装置竖直落到水平地面上后弹簧立即解除锁定,且磁体连同两导轨和绝缘棒HG的速度立即变为零。已知线框CDEF(含线圈、铝盒、鸡蛋)的总质量为m,线框第一次运动到最低点时弹簧的形变量是装置刚落地时的两倍,此时EF仍未进入磁场,线圈所在处的磁感应强度大小均为B,重力加速度为g,弹簧始终在弹性限度内,除线圈和铝盒外,线框其他部分的电阻不计,忽略空气阻力。求:

(1)落地时线圈切割磁感线产生的感应电动势E以及线圈中感应电流的方向(俯视);
(2)从落地到线框最终静止的过程中,回路产生的总焦耳热Q;
(3)从落地到线框第一次运动到最低点的过程中,通过回路某截面的电荷量q。
【答案】(1)落地时线圈切割磁感线产生的感应电动势E为2πNBr,线圈中感应电流的方向为顺时针(俯视);
(2)从落地到线框最终静止的过程中,回路产生的总焦耳热为mgh;
(3)从落地到线框第一次运动到最低点的过程中,通过回路某截面的电荷量。
2
gh
(2)从落地到线框最终静止的过程中,回路产生的总焦耳热为mgh;
(3)从落地到线框第一次运动到最低点的过程中,通过回路某截面的电荷量
N
π
B
rmg
k
R
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:137引用:2难度:0.4
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1.半径为R的金属圆环水平固定,电阻忽略不计。圆环内存在与环面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B。导体棒长为L(L>2R),其单位长度电阻值为r。图(a)中导体棒与圆环相切于O1点,t=0时刻起,从图示位置以速度v匀速向右运动,棒始终与速度方向垂直。图(b)中导体棒与圆环相切于O2点,t=0时刻起,以O2点为轴从图示位置起在水平面内顺时针匀速转过180°,角速度为ω;导体棒扫过整个环面时与环接触良好。
(1)分析说明图(a)中导体棒扫过整个环面过程中流过导体棒的电流变化情况;
(2)求图(b)中导体棒两端产生的感应电动势E与时间t的关系式;
(3)若图(a)、图(b)中导体棒扫过整个环面所用时间相同,试比较两种情况中导体棒运动到虚线(圆环上直径位置)处,流过两导体棒的感应电流大小。发布:2024/12/30 1:0:6组卷:99引用:2难度:0.7 -
2.如图甲所示,在水平面上有一竖直向下的足够宽的矩形匀强磁场区域,磁感应强度B0=0.2T,区域长度L=3m,在紧靠磁场的左边界处的水平面上放置一正方形线框,匝数n=10,边长a=1m,线框电阻R=1Ω,质量m=1kg。现在线框上作用一水平恒力F,使线框从静止开始向右进入磁场中,已知恒力F的大小为10N,线框与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,整个线框完全进入磁场前已经匀速运动,g=10m/s2。当线框刚全部进入磁场开始计时,磁场即以如图乙所示规律变化。下列说法正确的是( )
发布:2024/12/29 23:30:1组卷:148引用:3难度:0.5 -
3.如图,空间某区域内存在沿水平方向的匀强磁场,一正方形闭合金属线框自磁场上方某处释放后穿过磁场,整个过程线框平面始终竖直,线框边长小于磁场区域上下宽度。以线框刚进入磁场时为计时起点,下列描述线框所受安培力F随时间t变化关系的图中,不正确的是( )
发布:2024/12/29 20:30:1组卷:234引用:3难度:0.7