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1、計算題押題練(二)
1.如圖所示,質(zhì)量為m、電阻為R的單匝矩形線框置于光滑水平面上,線框邊長ab=L、ad=2L。虛線MN過ad、bc邊中點。一根能承受最大拉力F0的細線沿水平方向拴住ab邊中點O。從某時刻起,在MN右側(cè)加一方向豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小按B=kt的規(guī)律均勻變化。一段時間后,細線被拉斷,線框向左運動,ab邊穿出磁場時的速度為v。求:
(1)細線斷裂前線框中的電功率P;
(2)細線斷裂后瞬間線框的加速度大小a及線框離開磁場的過程中安培力所做的功W;
(3)線框穿出磁場過程中通過導線截面的電量q。
解析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律:E==L2=kL2;
2、電功率:P==。
(2)細線斷裂瞬間安培力:FA=F0,線框的加速度a==
線框離開磁場過程中,由動能定理:W=mv2。
(3)設(shè)細線斷裂時刻磁感應(yīng)強度為B1,則有:ILB1=F0,
其中I==,線圈穿出磁場過程:==
電流=
通過的電量:q=Δt
解得:q=。
答案:(1) (2) mv2 (3)
2.如圖所示A、B質(zhì)量分別為mA=0.5 kg,mB=1 kg,A、B間用彈簧連接著,彈簧勁度系數(shù)k=100 N/m,輕繩一端系在A上,另一端跨過定滑輪,B為套在輕繩上的光滑圓環(huán),另一圓環(huán)C固定在桌邊,B被C擋住而靜止在C上,若開始時作用在繩子另一端的拉力F為零,此時A處于靜止且
3、剛好不接觸地面?,F(xiàn)用恒定拉力F=10 N拉繩子,恰能使B離開C但不能繼續(xù)上升,不計一切摩擦且彈簧沒超過彈性限度,g取10 m/s2,求:
(1)B剛要離開C時A上升的高度;
(2)若把拉力F改為F′=20 N,則B剛要離開C時,A的速度大小。
解析:(1)當F=0時,彈簧的伸長量:
x1== m=0.05 m
當F=10 N,B恰好離開C時,A剛好上升到最高點,彈簧的壓縮量:
x2== m=0.1 m
所以A上升的高度:
h=x1+x2=0.05 m+0.1 m=0.15 m。
(2)當F=10 N時,在A上升過程中,根據(jù)功能關(guān)系:
Fh=mAgh+ΔEp
所以彈簧彈性勢
4、能增加了:
ΔEp=Fh-mAgh=(10-5)0.15 J=0.75 J
把拉力改為F′=20 N,從A上升到當B恰要離開C時的過程中,彈簧的彈性勢能變化相等,根據(jù)功能關(guān)系,有:F′h=mAvA2+mAgh+ΔEp
解得:vA= m/s。
答案:(1)0.15 m (2) m/s
3.如圖所示,在xOy平面內(nèi),在x>0范圍內(nèi)以x軸為電場和磁場的邊界,在x<0范圍內(nèi)以第Ⅲ象限內(nèi)的直線OM為電場與磁場的邊界,OM與x軸負方向成θ=45角,在邊界的下方空間存在著垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B=0.1 T,在邊界的上方有沿y軸正方向的勻強電場,場強大小為E=32 N/C;在y
5、軸上的P點有一個不計重力的帶電微粒,以初速度v0=2103 m/s沿x軸負方向射出,已知OP=0.8 cm,微粒所帶電荷量q=-510-18 C,質(zhì)量m=110-24 kg,求:
(1)帶電微粒第一次進入電場時的位置坐標;
(2)帶電微粒從P點出發(fā)到第三次經(jīng)過電磁場邊界經(jīng)歷的總時間;
(3)帶電微粒第四次經(jīng)過電磁場邊界時的速度大小。
解析:(1)帶電微粒從P點開始在磁場中做勻速圓周運動,運動軌跡如圖所示,
第一次經(jīng)過磁場邊界上的A點,由洛倫茲力提供向心力
qvB=m
得r==410-3 m
因為OP=0.8 cm,勻速圓周運動的圓心在OP的中點C,由幾何關(guān)系可知A點位置的坐標為
6、(-410-3 m,-410-3 m)。
(2)帶電微粒在磁場中做勻速圓周運動的周期為
T===1.25610-5 s
由圖可以知道,微粒運動四分之一個圓周后豎直向上進入電場,故
t1===3.1410-6 s
微粒在電場中先做勻減速直線運動到速度為零,然后反向做勻加速直線運動,微粒運動的加速度為
a=
故在電場中運動的時間為
t2==
代入數(shù)據(jù)計算得出:
t2=2.510-5 s
微粒再次進入磁場后又做四分之一圓周運動,故有:
t3=t1=3.1410-6 s
所以微粒從P點出發(fā)到第三次經(jīng)過電磁場邊界的時間為:
t=t1+t2+t3=3.12810-5 s。
(3)微粒從B點第三次經(jīng)過電磁場邊界水平向左進入電場后做類平拋運動,則加速度為
a=
第四次到達電磁場邊界時有:
y=at42
x=v0t4
tan 45=
解得:vy=at4=4103 m/s。
答案:(1)(-410-3 m,-410-3 m)
(2)3.12810-5 s (3)4103 m/s
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