学习小组探究线框通过磁场时产生的阻尼与线框形状等因素的关系。如图甲所示,光滑水平面上,在宽度为L的区域内存在竖直向下的匀强磁场,一绝缘小车上水平固定一个边长也为L的正方形闭合线圈abcd,匝数为n,总电阻为R,小车质量为m,线圈质量相比小车可忽略。一轻质弹簧的左端固定在竖直平面上,推动小车使其压缩弹簧,当弹簧储存的弹性势能为时,从静止释放小车,小车脱离弹簧后,线圈bc边平行磁场边界进入磁场,测得线圈离开磁场时的速度大小是进入磁场时速度大小的一半。
(1)求线圈穿过磁场过程产生的电热;
(2)若保持单匝线圈的周长不变,将线圈变成矩形,求bc边的长度为多少时,小车穿出磁场后的末速度最小,并求出最小末速度。(提示:若a、b、c均为正数,a+b+c=定值,当a=b=c时,乘积abc有最大值)
(3)若再取一个完全一样的正方形线圈efgh,其中fg与ad固定在一起形成横“日”字形固定在车上(彼此绝缘),如图乙所示。重复原来的操作,请判断两线圈是否能穿出磁场,并说出理由。
(1)求线圈穿过磁场过程产生的电热;
(2)若保持单匝线圈的周长不变,将线圈变成矩形,求bc边的长度为多少时,小车穿出磁场后的末速度最小,并求出最小末速度。(提示:若a、b、c均为正数,a+b+c=定值,当a=b=c时,乘积abc有最大值)
(3)若再取一个完全一样的正方形线圈efgh,其中fg与ad固定在一起形成横“日”字形固定在车上(彼此绝缘),如图乙所示。重复原来的操作,请判断两线圈是否能穿出磁场,并说出理由。
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(已下线)2023年河北省普通高中学业水平选择性考试物理押题卷(八)
更新时间:2023-05-05 10:03:32
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【推荐1】国家高山滑雪中心赛道“雪飞燕”长约3000多米、落差近900米、滑行速度可能超过每小时140公里,极具危险性。所以电磁滑道成为未来运动的一种设想,我们可以通过控制磁场强弱,实现对滑动速度的控制。为了方便研究,做出以下假设:如图甲所示,足够长的光滑斜面与水平面成角,虚线EF上方的整个区域存在如图乙规律变化且垂直导轨平面的匀强磁场,时刻磁场方向垂直斜面向上(图中未画出)磁感应强度在0~t1时间内均匀变化,磁感应强度最大值为,t1时刻后稳定为、0~时间内,单匝正方形闭合金属框ABCD在外力作用下静止在斜面上,金属框CD边与虚线EF的距离为时刻撤去外力,金属框将沿斜面下滑,金属框上边AB刚离开虚线EF时的速度为v1,已知金属框质量为、边长为d,每条边电阻为。求:(计算结果保留两位小数)
(1)CD边刚过虚线EF时,AB两点间的电势差:
(2)从时刻到AB边经过虚线EF的过程中金属框产生的焦耳热;
(3)从撤去外力到AB边经过虚线EF的总时间。
(1)CD边刚过虚线EF时,AB两点间的电势差:
(2)从时刻到AB边经过虚线EF的过程中金属框产生的焦耳热;
(3)从撤去外力到AB边经过虚线EF的总时间。
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(0.4)
【推荐2】如图所示是两组固定的间距皆为d的平行金属导轨(倾角为30°的abce和光滑水平桌面上的fghj),两者在e、b两点绝缘但平滑连接。abce处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,ac间接一阻值为R的电阻。fh间接一恒流源(电流大小恒为I且方向如圆圈中箭头所示),fghj所在的正方形区域kpqn处于另一磁场中。正方形金属线框水平放置在fg、hj间,左侧紧靠pq。线框右侧水平导轨间有一个长度为的区域,处于竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中。将质量为m、电阻为R的导体棒A从倾斜导轨上某一位置静止释放,其在到达be前已达稳定速度。A始终与导轨垂直且接触良好,经过kpqn时磁场方向水平向左、磁感应强度大小(x为A到kn的距离)。已知线框质量为3m、边长为、自感系数为L,不计线框电阻;A与线框发生弹性碰撞后即撤出导轨区域。除kp、nq两段导轨动摩擦因数为外,其余部分皆光滑。求:
(1)倾斜导轨所处磁场的磁感应强度大小;
(2)A经过区域kpqn过程中摩擦产生的热量Q;
(3)线框出磁场时的速度大小。
(1)倾斜导轨所处磁场的磁感应强度大小;
(2)A经过区域kpqn过程中摩擦产生的热量Q;
(3)线框出磁场时的速度大小。
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(0.4)
名校
【推荐3】如图所示,一倾角为的光滑固定斜面的顶端放有质量的型导体框,导体框的电阻忽略不计;一电阻的金属棒的两端置于导体框上,与导体框构成矩形回路;与斜面底边平行,长度。初始时与相距,金属棒与导体框同时由静止开始下滑,金属棒下滑距离后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域,磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行;金属棒在磁场中做匀速运动,直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间,导体框的边正好进入磁场,并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好,磁场的磁感应强度大小,重力加速度大小取,。求:
(1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小;
(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数。
(1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小;
(2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数。
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(0.4)
【推荐1】如图所示,倾角为的绝缘斜面上的EF和GH之间有垂直斜面向下的有界磁场,磁感应强度B=1.0T,磁场宽度d=10cm。质量m=0.5kg闭合矩形线框ABCD放在斜面上,线框由粗细均匀的导线绕制而成,其总电阻为R=0.04Ω,其中AC长为L1=85cm,AB长为L2=20cm。开始时,线框的CD边与EF平行。现由静止释放线框,当线框CD边运动到磁场边界EF时,恰好做匀速直线运动,速度大小为v1。而当AB边到达磁场下边缘GH时,线框的速度大小为v2=1.92m/s,整个过程中线框不发生转动。已知线框和斜面之间的摩擦因数为0.5.(g=10m/s2)求:
(1)速度v1的大小;
(2)线圈穿越磁场的过程中产生的焦耳热;
(3)线框由开始运动到完全穿过磁场的过程所用的时间。
(1)速度v1的大小;
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(0.4)
名校
【推荐2】如图所示,粗细均匀的矩形单匝线圈abcd固定在滑块上,总质量M=1 kg,滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.5,线圈ab边长度L1=2 m,线圈ad边长度L2=1 m,线圈的总电阻R=2 Ω.滑块的右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间的变化关系如下图所示.t=0时刻滑块处于磁场左边界的左侧某个位置,从该时刻起滑块在外力F的作用下以速度v=3 m/s水平向右做匀速直线运动.已知ab边到磁场下边界的距离x=0.5 m,t1=3 s时线圈ab边恰好完全进入磁场,取g=10 m/s2,求:
(1)线圈进入磁场的过程中a、b两点间的电势差Uab;
(2)0~4 s内整个线圈所产生的焦耳热Q;
(3)0~4 s内外力F所做的功WF.
(1)线圈进入磁场的过程中a、b两点间的电势差Uab;
(2)0~4 s内整个线圈所产生的焦耳热Q;
(3)0~4 s内外力F所做的功WF.
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(0.4)
【推荐3】如图所示,质量为m的足够长的“[”金属导轨abcd放在倾角为θ的光滑绝缘斜面上,bc段电阻为R,其余段电阻不计.另一电阻为R、质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PbcQ构成矩形.棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于斜面的光滑立柱.导轨bc段长为L,以ef为界,其左侧匀强磁场垂直斜面向上,右侧匀强磁场方向沿斜面向上,磁感应强度大小均为B.在t=0时,一沿斜面方向的作用力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始沿斜面向下做匀加速直线运动,加速度为a.
(1)请通过计算证明开始一段时间内PQ中的电流随时间均匀增大.
(2)求在电流随时间均匀增大的时间内棒PQ横截面内通过的电量q和导轨机械能的变化量△E.
(3)请在F-t图上定性地画出电流随时间均匀增大的过程中作用力F随时间t变化的可能关系图,并写出相应的条件.(以沿斜面向下为正方向)
(1)请通过计算证明开始一段时间内PQ中的电流随时间均匀增大.
(2)求在电流随时间均匀增大的时间内棒PQ横截面内通过的电量q和导轨机械能的变化量△E.
(3)请在F-t图上定性地画出电流随时间均匀增大的过程中作用力F随时间t变化的可能关系图,并写出相应的条件.(以沿斜面向下为正方向)
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