分析 (1)金屬棒在0-0.2s的運動時間內(nèi),由法拉第電磁感應(yīng)定律求出回路中感應(yīng)電動勢的大小,求出電路中的總電阻,根據(jù)串聯(lián)電路的特點求解電壓表的讀數(shù).
(2)金屬棒進入磁場后,由于電壓表的讀數(shù)不變,根據(jù)歐姆定律求出電路中總電流為I′,金屬棒所受的安培力為FA=BI′l,此時安培力與恒力平衡.可求得恒力F.
(3)金屬棒在0-0.2s的運動時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=E2R.金屬棒進入磁場后,電路的總電阻為R′=R1R2R1+R2,感應(yīng)電動勢為E′=IR′,由E′=Blv求得v,則可求出金屬棒通過磁場的時間t′=\fracn6qmuwzv.此過程中電路產(chǎn)生的熱量為Q′=E′I′t′,故得到金屬棒從AB運動到EF的過程中整個電路產(chǎn)生的熱量為Q總=Q+Q′.
解答 解:(1)設(shè)磁場寬度為 d=CE,在0-0.2s的時間內(nèi),有:
E=\frac{△Φ}{△t}=\frac{△B}{△t}S=\frac{△B}{△t}Ld=\frac{1.00}{0.2}×0.6×0.2=0.6V,
此時,R1與金屬桿r并聯(lián),再R2與串聯(lián),回路的總電阻為:R=R并+R2=1+1=2Ω,
則電壓表的示數(shù)為:U=\frac{E}{R}R并=\frac{0.6}{2}×1V=0.3V;
(2)金屬桿進入磁場后,有:I′=\frac{U}{{R}_{1}}+\frac{U}{{R}_{2}}=0.45A
FA=BI′L=1×0.45×0.6=0.27(N)
由于金屬桿進入磁場后電壓表始終不變,所以金屬桿作勻速運動,有:F=FA=0.27N.
(3)金屬桿在0-0.2s的運動時間內(nèi),有:Q1=\frac{{E}^{2}}{R}t=\frac{0.{6}^{2}}{2}×0.2=0.036J
金屬桿進入磁場后,因電壓表保持不變,故切割磁感線速度v不變,
有:WF=F•d=0.27×0.2J=0.054J
根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得:Q2=-WA=0.054J
故整個電路產(chǎn)生的熱量為:Q=Q1+Q2=0.036J+0.054J=0.09J;
答:(1)t=0.1s時電壓表的示數(shù)為0.3V;
(2)恒力F的大小為0.27N;
(3)從t=0時刻到金屬棒運動出磁場的過程中整個電路產(chǎn)生的熱量Q為0.09J.
點評 本題是法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、安培力等知識的綜合應(yīng)用,關(guān)鍵要搞清電路的連接方式,分析金屬棒的運動過程.
科目:高中物理 來源: 題型:填空題
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
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科目:高中物理 來源: 題型:多選題
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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題
A. | 該電場為勻強電場 | |
B. | P點的電勢比N點低 | |
C. | M點的電場強度比N點小 | |
D. | 電荷沿圓弧虛線從M到P,電場力不做功 |
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