【題目】麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論告訴我們:變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感生電場(chǎng),該感生電場(chǎng)是渦旋電場(chǎng);變化的電場(chǎng)也可以產(chǎn)生感生磁場(chǎng),該感生磁場(chǎng)是渦旋磁場(chǎng)。如圖所示,在半徑為r的水平虛線邊界內(nèi)有一豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系為B=ktk>0且為常量)。將一半徑也為r的細(xì)金屬圓環(huán)(圖中未畫出)與虛線邊界同心放置。

(1)若金屬圓環(huán)的電阻為R,求金屬圓環(huán)的熱功率大小。

(2)在圖中以圓心O為坐標(biāo)原點(diǎn),向右建立一維x坐標(biāo)軸,推導(dǎo)在x軸上各處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小Ex之間的函數(shù)表達(dá)式,并定性畫出E-x圖像;

(3)圖丙為乙的俯視圖,去掉導(dǎo)體環(huán),在磁場(chǎng)圓形邊界上有M、N兩點(diǎn),MN之間所夾的小圓弧恰為整個(gè)圓周的1/6;將一個(gè)帶電量為+q的帶電小球沿著圓弧分別順時(shí)針、逆時(shí)針從M移動(dòng)到N,求渦旋電場(chǎng)力分別所做的功。在此基礎(chǔ)上,對(duì)比渦旋電場(chǎng)和靜電場(chǎng),說明渦旋電場(chǎng)中為什么不存在電勢(shì)的概念。

【答案】(1) (2)見解析(3)見解析

【解析】

(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而金屬圓環(huán)的熱功率;(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律結(jié)合場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系式求解在x軸上各處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小Ex之間的函數(shù)表達(dá)式,并定性畫出E-x圖像;(3)可證明沿不同路徑從M移動(dòng)到N點(diǎn),電場(chǎng)力的功不同,即渦旋電場(chǎng)力做功與路徑有關(guān).

(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得

金屬圓環(huán)的熱功率為

(2)求x處的渦旋電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng),可認(rèn)為放一個(gè)半徑為x的導(dǎo)體環(huán)(圓心和磁場(chǎng)區(qū)域圓心相同)

當(dāng)<時(shí):

當(dāng)時(shí):

則圖像如圖;

(3),+q受力沿著電場(chǎng)線(順時(shí)針) 順時(shí)針移動(dòng)時(shí):

逆時(shí)針移動(dòng)時(shí):

因?yàn)椋貉夭煌窂綇?/span>M移動(dòng)到N點(diǎn),W1W2,即渦旋電場(chǎng)力做功與路徑有關(guān),所以不存在電勢(shì)能的概念,,所以不存在電勢(shì)的概念。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖,用細(xì)繩一端系著的質(zhì)量為M=1kg的物體A靜止在水平轉(zhuǎn)盤上,細(xì)繩另一端通過轉(zhuǎn)盤中心的光滑小孔O吊著質(zhì)量為m=0.3kg的小球B,A的重心到O點(diǎn)的距離為0.5m.若A與轉(zhuǎn)盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,轉(zhuǎn)盤以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),小球B始終保持靜止取g=10m/s2,求:

1)若A球的線速度大小為1m/s時(shí)的加速度大小;

2)若A球恰好不受摩擦力,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的大小

3)為使B球保持靜止,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度的大。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,水平光滑絕緣軌道MN處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為-q的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),從軌道上的A點(diǎn)以水平初速度v0滑出,滑塊向右做直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)谝淮蔚竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為v1設(shè)滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中,電荷量始終保持不變。

(1)求滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,靜電力所做的功W;

(2)求電勢(shì)差UAB;

(3)若規(guī)定A點(diǎn)電勢(shì)為φA,求滑塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能EPB。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖有一個(gè)豎直固定在地面的透氣圓筒,筒中有一勁度為k的輕彈簧,其下端固定,上端連接一質(zhì)量為m的薄滑塊,圓筒內(nèi)壁涂有一層新型智能材料﹣﹣ER流體,它對(duì)滑塊的阻力可調(diào)。起初,滑塊靜止,ER流體對(duì)其阻力為0,彈簧的長(zhǎng)度為L,現(xiàn)有一質(zhì)量也為m的物體從距地面2L處自由落下,與滑塊碰撞后粘在一起向下運(yùn)動(dòng),且向下運(yùn)動(dòng)的初速度為碰前速度的一半。為保證滑塊做勻減速運(yùn)動(dòng),且下移距離為時(shí)速度減為0,ER流體對(duì)滑塊的阻力須隨滑塊下移而變。試求(忽略空氣阻力):

1)下落物體與滑塊碰撞過程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能;

2)滑塊向下運(yùn)動(dòng)過程中加速度的大小;

3)在滑塊下移停止之前的過程中,ER流體對(duì)滑塊阻力的大小f與下滑距離d所滿足的函數(shù)關(guān)系式。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】西班牙某小鎮(zhèn)舉行了西紅柿狂歡節(jié),其間若一名兒童站在自家的平房頂上,向與他水平距離L的對(duì)面的豎直高墻上投擲西紅柿,第一次水平拋出的速度是v0,第二次水平拋出的速度是2v0,則比較前后兩次被拋出的西紅柿在碰到墻過程中,有(不計(jì)空氣阻力)

A. 運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比是2∶1B. 下落的高度之比是2∶1

C. 下落的高度之比是4∶1D. 運(yùn)動(dòng)的加速度之比是1∶1

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖甲所示,平行虛線間有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),紙面內(nèi)單匝正方形線框abcd在外力作用下從圖示位置由靜止開始向右通過勻強(qiáng)磁場(chǎng),ab邊始終與虛線平行,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如乙圖所示,已知線框的邊長(zhǎng)為L=0.1m,總電阻為,則下列說法正確的是( 。

A. 線框進(jìn)入磁場(chǎng)過程中通過線框截面的電量為3×103C

B. 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.lT

C. ab邊剛要出磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為1m/s

D. 線框出磁場(chǎng)所用的時(shí)間約為0.93s

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】不久的將來,在一個(gè)未知星球上用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.懸點(diǎn)O正下方P點(diǎn)處有水平放置的熾熱電熱絲,當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷,小球由于慣性向前飛出做平拋運(yùn)動(dòng).現(xiàn)對(duì)小球采用頻閃數(shù)碼照相機(jī)連續(xù)拍攝.在有坐標(biāo)紙的背景屏前,拍下了小球在做平拋運(yùn)動(dòng)過程中的多張照片,經(jīng)合成后,照片如圖乙所示.a(chǎn)、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置,已知照相機(jī)連續(xù)拍照的時(shí)間間隔是0.10s,照片大小如圖中坐標(biāo)所示,又知該照片的長(zhǎng)度與實(shí)際背景屏的長(zhǎng)度之比為1:4,則:

①由以上信息,可知a點(diǎn)__________(選填“是”或“不是”)小球的拋出點(diǎn);

②由以上及圖信息,可以推算出該星球表面的重力加速度為________m/s2

③由以上及圖信息可以算出小球平拋的初速度是_________m/s;

④由以上及圖信息可以算出小球在b點(diǎn)時(shí)的速度是__________m/s.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某同學(xué)利用圖甲所示的電路圖測(cè)量電流表的內(nèi)阻RA(約為10Ω)和電源的電動(dòng)勢(shì)E。圖中R1R2為電阻箱,S1、S2為開關(guān)。已知電流表的量程為100mA。

(1)斷開S2,閉合S1,調(diào)節(jié)R1的阻值,使滿偏;保持R1的阻值不變,閉合S2,調(diào)節(jié)R2,當(dāng)R2的阻值為5.2Ω時(shí)的示數(shù)為40 mA。則電流表的內(nèi)阻的測(cè)量值RA=___Ω。該測(cè)量值_____("大于”“小于等于”)真實(shí)值。

(2)保持S1閉合,斷開S2 ,多次改變R1的阻值,并記錄電流表的相應(yīng)示數(shù)。若某次R1的示數(shù)如圖乙所示,則此次R1的阻值為_____Ω。

(3)利用記錄的R1的阻值和相應(yīng)的電流表示數(shù)I,作出I-1—R1圖象,如圖丙所示,利用圖丙可求得E=____V.。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,水平軌道BC的左端與固定的光滑豎直1/4圓軌道相切與B點(diǎn),右端與一傾角為30°的光滑斜面軌道在C點(diǎn)平滑連接(即物體經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)速度的大小不變),斜面頂端固定一輕質(zhì)彈簧,一質(zhì)量為2Kg的滑塊從圓弧軌道的頂端A點(diǎn)由靜止釋放,經(jīng)水平軌道后滑上斜面并壓縮彈簧,第一次可將彈簧壓縮至D點(diǎn),已知光滑圓軌道的半徑R0.45m,水平軌道BC長(zhǎng)為0.4m,其動(dòng)摩擦因數(shù)μ0.2,光滑斜面軌道上CD長(zhǎng)為0.6m,g10m/s2,求

1)滑塊第一次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力

2)整個(gè)過程中彈簧具有最大的彈性勢(shì)能;

3)滑塊最終停在何處?

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