精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
9.如图所示,在距水平地面h=0.8m的虚线上方,有方向垂点纸面、水平向内的匀强磁场,正方形线框abcd的边长l=0.2m,质量m=0.1kg,电阻R=0.08Ω.一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连线框,另一端连一质量M=0.2kg的物体A.开始时线框的cd边倒好书地面接触,各段绳都处于伸直状态.将A从如图位置由静止释放,一段时间后线框ab边刚进入磁场时恰好做匀速运动,当线框的cd边进入磁场时物体A恰好落地,同时将轻绳剪断,线框在磁场中继续上升一段时间后开始下落,最后落至地面.整个过程线框没有转动,线框平面始终处于纸面内,取g=10m/s2.求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)线框从开始运动到最高点经历的时间;
(3)线框落地时的速度大小.

分析 (1)从如图所示的位置由静止释放物体A,A下降,线框上升的过程中,系统的机械能守恒,即可由机械能守恒定律求出线框到达磁场边界时速度大小.线框进入磁场过程做匀速运动,受力平衡,由共点力的平衡条件可求出磁感应强度B;
(2)线框进入磁场之前做匀加速运动,由运动学位移公式求出运动时间.线框进入磁场过程做匀速运动,由t=$\frac{l}{v}$求出运动时间.完全进入磁场后,此后轻绳拉力消失,线框做竖直上抛运动,由t=$\frac{v}{g}$求出运动到最高点的时间,即可得到总时间;
(3)根据运动的对称性可知,线框从最高点下落至磁场边界时速度大小不变,线框所受安培力大小也不变,因此线框穿出磁场过程还是做匀速运动,离开磁场后做竖直下抛运动.
根据机械能守恒求解线框落地时的速度.

解答 解:(1)设线框到达磁场边界时速度大小为v,由机械能守恒定律可得:
Mg(h-l)=mg(h-l)+$\frac{1}{2}$(M+m)v2…①
代入数据解得:v=2m/s…②
线框的ab边刚进入磁场时,感应电流为:I=$\frac{E}{R}$=$\frac{Blv}{R}$…③
线框恰好做匀速运动,有:Mg=mg+IBl…④
代入数据,联立解得  B=1T         ⑤
(2)线框进入磁场之前做匀加速运动,设运动时间为t1
则有h-l=$\frac{1}{2}$vt1 …⑥
代入数据解得:t1=0.6s…⑦
线框进入磁场过程做匀速运动,所用时间为:t2=$\frac{l}{v}$=$\frac{0.2}{2}$=0.1s…⑧
此后轻绳拉力消失,线框做竖直上抛运动,到最高点时所用时间为:t3=$\frac{v}{g}$=$\frac{2}{10}$=0.2s…⑨
线框从开始运动到最高点,所用时间为:t=t1+t2+t3=0.9s…⑩
(3)线框从最高点下落至磁场边界时速度大小不变,线框所受安培力大小也不变,即:
IBl=(M-m)g=mg…⑪
因此,线框穿出磁场过程还是做匀速运动,离开磁场后做竖直下抛运动.
由机械能守恒定律可得:$\frac{1}{2}$mvt2=$\frac{1}{2}$mv2+mg(h-l)…⑫
代入数据解得线框落地时的速度  vt=4m/s…⑬
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B是1T.
(2)线框从开始运动到最高点,用了0.9s时间.
(3)线框落地时的速度为4m/s.

点评 本题关键要认真审题,明确物体运动的过程,及过程中受力及力的做功情况,选择合适的规律即可求解.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:填空题

7.图1甲是“用伏安法测量金属丝电阻率ρ”的实验电路图.

(1)用螺旋测微器测得金属丝直径d如图1乙所示,可读出d=0.395mm.
(2)闭合开关,调节P的位置,读出MP的长度为x时电压表和电流表的示数,算出对应的电阻R,利用多组数据绘出如图2所示的R-x图象,可得该图线的斜率k=10Ω/m.
(3)利用图线的斜率k、金属丝的直径d,得到金属丝电阻率ρ的表达式为ρ=$\frac{π{d}^{2}k}{4}$.
(4)图1中的a导线从电流表的“0.6A”接线柱改接于电流表的“-”接线柱上,可以测量电源的电动势和内阻.
①闭合开关,调节P的位置,读出多组电压表和电流表的示数,把实验得到的数据绘成如图3所示的U-I图象,得出电源的电动势E=2.80V;若R0=2.0Ω,则电源的内阻r=1.0Ω.
②若测量值为E,真实值为E,那么在操作、读数、计算均正确无误的情况下,E小于E(选填“大于”、“等于”或“小于”)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

8.如图所示,电路中E为电源,D为静电计,一带电小球悬挂在平行板电容器内部,闭合电键S,电路稳定后,悬线与竖直方向夹角θ且小球处于平衡状态,则(  )
A.小球带正电
B.若将A极板向左平移少许,电容器的电容将增大
C.若将A极板向下平移少许,静电计指针的偏角将减小
D.保持电键S闭合,使滑动变阻器滑片向左移动,θ角不变,轻轻将细线剪断,小球将做直线运动

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

17.一电梯从静止开始上升,挂在电梯顶板下的弹簧稃上悬吊着一个质量为3kg的物体,前5s内弹簧秤示数为36N,第2个5s内,弹簧秤示数为30N,最后5s内弹簧秤示数为24N,且第15s末电梯停止.求:电梯上升的高度?(取g=10m/s2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

4.某物体做自由落体运动(g=10m/s2 ),则(  )
A.第2s的平均速度为10m/s
B.后一秒的位移总比前一秒的位移多10m
C.第7s的位移为245m
D.前一秒的平均速度总比后一秒的平均速度小10m/s

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

14.如图所示,A、B、C三个物体放在旋转圆台上,动摩擦因数相同;A的质量为2m,B、C质量均为m,A、B离轴为R,C离轴为2R,则当圆台匀速旋转时,若A、B、C均未滑动,则(  )
A.C的向心加速度最小B.B物体受到的摩擦力最大
C.若圆台转速增大时,C比B先滑动D.若圆台转速增大时,B比A先滑动

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

1.如图所示为一物体沿一条直线运动的v-t图象.
(1)请简要说明该物体在0-25s内的运动情况.
(2)分别求出0-15s内和15-25s内物体的加速度.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

18.如图所示,在水平匀强电场中,一电荷量q=1.0×10-6C、质量m=1.0g的滑块在电场力的作用下沿高度h=5.0m的绝缘粗糙水平台向右做匀速直线运动,滑块落地点到平台边缘的水平距离x=5.0m.已知滑块与平台间的动摩擦因数μ=0.3,g=10m/s2,求:
(1)电场强度E.
(2)滑块离开水平台后在水平方向和竖直方向的运动类型.
(3)滑块在平台上运动的速度v0
(4)滑块落地时的动能.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

19.冬天雪地上,两位同学做了一个小实验:他们造出一个方形的雪块,让它以一定的初速度从一斜坡的底端沿坡面冲上该足够长的斜坡(坡上的雪已压实,斜坡表面平整),发现雪块能沿坡面最大上冲距离s=3.4m.已知雪块与坡面间的动摩擦因数为μ=0.1,他们又测量了斜坡的倾角为θ=37°,如图所示.那么:
(1)请你算出雪块的初速度为多大?
(2)请问雪块沿坡面向上滑的时间为多长?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2

查看答案和解析>>

同步练习册答案