【題目】在如圖甲所示的半徑為r的豎直圓柱形區(qū)域內,存在豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小隨時間的變化關系為B=kt(k>0且為常量)。
(1)將一由細導線構成的半徑為r、電阻為R0的導體圓環(huán)水平固定在上述磁場中,并使圓環(huán)中心與磁場區(qū)域的中心重合。求在T時間內導體圓環(huán)產生的焦耳熱。
(2)上述導體圓環(huán)之所以會產生電流是因為變化的磁場會在空間激發(fā)渦旋電場,該渦旋電場趨使導體內的自由電荷定向移動,形成電流。如圖乙所示,變化的磁場產生的渦旋電場存在于磁場內外的廣闊空間中,其電場線是在水平面內的一系列沿順時針方向的同心圓(從上向下看),圓心與磁場區(qū)域的中心重合。在半徑為r的圓周上,渦旋電場的電場強度大小處處相等,并且可以用計算,其中e為由于磁場變化在半徑為r的導體圓環(huán)中產生的感生電動勢。如圖丙所示,在磁場區(qū)域的水平面內固定一個內壁光滑的絕緣環(huán)形真空細管道,其內環(huán)半徑為r,管道中心與磁場區(qū)域的中心重合。由于細管道半徑遠遠小于r,因此細管道內各處電場強度大小可視為相等的。某時刻,將管道內電荷量為q的帶正電小球由靜止釋放(小球的直徑略小于真空細管道的直徑),小球受到切向的渦旋電場力的作用而運動,該力將改變小球速度的大小。該渦旋電場力與電場強度的關系和靜電力與電場強度的關系相同。假設小球在運動過程中其電荷量保持不變,忽略小球受到的重力、小球運動時激發(fā)的磁場以及相對論效應。
①若小球由靜止經過一段時間加速,獲得動能Em,求小球在這段時間內在真空細管道內運動的圈數;
②若在真空細管道內部空間加有方向豎直向上的恒定勻強磁場,小球開始運動后經過時間t0,小球與環(huán)形真空細管道之間恰好沒有作用力,求在真空細管道內部所加磁場的磁感應強度的大小。
【答案】(1)(2)①;②
【解析】試題(1)導體圓環(huán)內的磁通量發(fā)生變化,將產生感生電動勢,根據法拉第電磁感應定律,感生電動勢為:
導體圓環(huán)內感生電流為:
在T時間內導體圓環(huán)產生的焦耳熱為:Q=I2R0T
解得:
(2)①根據題意可知,磁場變化將在真空管道處產生渦旋電場,該電場的電場強度為:
小球在該電場中受到電場力的作用,電場力的大小為:
電場力的方向與真空管道相切,即與速度方向始終相同,小球將會被加速,動能變大.設小球由靜止到其動能為Em的過程中,小球運動的路程為s,
根據動能定理有:Fs=Em
小球運動的圈數為:
解得:
②小球的切向加速度大小為:
由于小球沿速度方向受到大小恒定的電場力,所以經過時間t0,小球的速度大小v滿足v=at0
小球沿管道做圓周運動,因為小球與管道之間沒有相互作用力,所以,小球受到的洛倫茲力提供小球的向心力,設所加磁場的磁感應強度為B0,
則有:
解得:
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【題目】如圖所示的xoy坐標系中,在第Ⅰ象限內存在沿y軸負向的勻強電場,第IV象限內存在垂直紙面向外的勻強磁場。一質量為m、電荷量為q的帶正電粒子,從y軸上的P點垂直進入勻強電場,經過x軸上的Q點以速度可進入磁場,方向與x軸正向成30°。若粒子在磁場中運動后恰好能再回到電場,已知=3L,粒子的重力不計,電場強度E和磁感應強度B大小均未知。求
(1)OP的距離
(2)磁感應強度B的大小
(3)若在O點右側2L處放置一平行于y軸的擋板,粒子能擊中擋板并被吸收,求粒子從P點進入電場到擊中擋板的時間
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【題目】如圖3所示,a、b兩束光以不同的入射角由介質射向空氣,結果折射角相同,下列說法正確的是( )
圖3
A.b在該介質中的折射率比a大
B.若用b做單縫衍射實驗,要比用a做中央亮條紋更寬
C.用a更易觀測到泊松亮斑
D.做雙縫干涉實驗時,用a光比用b光兩相鄰亮條紋中心的距離更大
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【題目】如圖所示,要使Q線圈產生圖示方向的電流,可采用的方法有
A. 閉合電鍵K瞬間
B. 閉合電鍵K后,把R的滑動頭向左邊移動
C. 閉合電鍵K后,把P中的鐵芯從左邊抽出
D. 閉合電鍵K后,把Q遠離P
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【題目】如圖所示,豎直墻上固定有光滑的小滑輪D,質量相等的物體A和B用輕彈簧連接,物體B放在地面上,用一根不可伸長的輕繩一端與物體A連接,另一端跨過定滑輪與小環(huán)C連接,小環(huán)C穿過豎直固定的光滑均勻細桿,小環(huán)C位于位置R時,繩與細桿的夾角為θ,此時物體B與地面剛好無壓力,圖中,SD水平,位置R和Q關于S對稱,現讓小環(huán)從R處由靜止釋放,環(huán)下落過程中繩始終處于拉直狀態(tài),且環(huán)到達Q時速度最大。下列關于小環(huán)C下落過程中的描述正確的是( )
A. 小環(huán)C、物體A和輕彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒
B. 小環(huán)C下落到位置S時,小環(huán)C的機械能一定最大
C. 小環(huán)C從位置R運動到位置Q的過程中,彈簧的彈性勢能一定先減小后增大
D. 小環(huán)C到達Q點時,物體A與小環(huán)C的動能之比為
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【題目】如圖所示,質量分別為m1、m2的A、B兩個物體放在斜面上,中間用一個輕桿相連,A、B與斜面間的動摩擦因數分別為μ1、μ2,它們在斜面上加速下滑,關于桿的受力情況。下列分析正確的是
A. 若μ1>μ2,m1=m2,則桿受到壓力( )
B. 若μ1=μ2,m1>m2,則桿受到拉力
C. 若μ1<μ2,m1<m2,則桿受到拉力
D. 若μ1=μ2,m1≠m2,則桿無作用力
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【題目】如圖所示,在虛線MN的右側存在著垂直紙面向里的勻強磁場,邊長為a的正三角形金屬線框平行紙面放置,t=0時刻,頂點恰好在磁場的左邊界上,一邊平行磁場邊界MN.現令該金屬線框勻速進入磁場區(qū)域,則線框中產生的感應電動勢E、電流I、所施加的外力F、安培力做功的功率P隨時間t的變化關系的圖象中正確的是 ( )
A. B. C. D.
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【題目】如圖甲所示,Q1、Q2為兩個被固定的點電荷,其中Q1帶負電,a、b兩點在它們連線的延長線上,F有一帶負電的粒子以一定的初速度沿直線從a點開始經b點向遠處運動(粒子只受電場力作用),粒子經過a、b兩點時的速度分別為va、vb,其速度圖象如圖乙所示。以下說法中正確的是
A. Q2一定帶負電
B. Q2的電量一定大于Q1的電量
C. b點的加速度為零,電場強度也為零
D. 整個運動過程中,粒子的電勢能先減小后增大
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【題目】如圖甲、乙所示,乙圖中斜面體固定不動。物體P、Q在力F作用下一起沿F方向運動,關于物體P所受的摩擦力,下列說法正確的是
A. 如果兩圖中的P、Q都做勻速運動,則兩圖中P均受摩擦力,方向與F方向相同
B. 如果兩圖中的P、Q都做勻速運動,則甲圖中P不受摩擦力,乙圖中P受摩擦力,方向和F方向相同
C. 如果兩圖中的P、Q都做加速運動,則兩圖中P均受摩擦力,方向與F方向相同
D. 如果兩圖中的P、Q都做加速運動,則甲圖中P受的摩擦力方向與F方向相反,乙圖中P受的摩擦力方向與F方向相同
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