高二物理大题求解
(2008•内江二模)如图所示,将一个边长为a=0.1m,质量 m=200g,电阻为R=20Ω的正方形金属线框ABCD.以一定的初速度v0=30m/s竖直向上拉出,然后穿过宽度为b=0.4m、磁感应强度为B=20T、方向垂直纸面向外的匀强磁场中.当线框的BC边向上离开磁场边界CH后继续上升了一段高度,然后又自由落下并匀速进入磁场.且线框的BC边向上刚离开磁场时的速度恰好是AD边向上刚进人磁场时速度的一半.在线框运动的整个过程中,线框不发生转动,不计空气的阻力.g=10m/s2.则:
(1)当线框的AD边刚从徽场的下边界EF进人班场到线棍完全进入磁场的过程中.线框将做什么运动?
(2)线框在上升阶段通过班场的过程中,克服安培力做了多少功?
(3)整个过程中线框能上升的最大高度是多少?考点:导体切割磁感线时的感应电动势;机械能守恒定律;能量守恒定律.
专题:电磁感应与电路结合.
分析:(1)当线框的AD边刚从磁场的下边界EF进入磁场的过程中,线框切割磁感线产生感应电流,受到向下的安培力,速度减小,加速度逐渐变小,线框将做加速度逐渐减小的减速运动.
(2)根据题意,线框返回磁场时做匀速运动,安培力与重力平衡,根据平衡条件和安培力公式,求出线框此时的速度.根据线框竖直上抛运动的机械能守恒,求出最大高度.根据竖直上抛运动的对称性可知,线框BC边向上离开磁场的速度等于线框返回磁场时的速度.在线框AD边向上刚进入磁场到线框BC边向上刚离开磁场的过程中,运用能量守恒列方程,即可求解.
(3)线框从开始运动到上边AD刚进入磁场时,运用机械能守恒求出上升的高度,结合上题的结果,即可求解.解答:解:(1)当线框的AD边刚从磁场的下边界EF进入磁场的过程中,线框的加速度逐渐变小,线框将做加速度逐渐减小的减速运动.
(2)由于线框从磁场上方下落到刚进入磁场时,做匀速运动,
所以mg=BIL,代人数据解得:h0=25m
所以线框ABCD能上升的总高度H=h0+a+b+h=25m+0.1m+0.4m+5m=30.5m
答:
(1)当线框的AD边刚从磁场的下边界EF进入磁场的过程中,线框的加速度逐渐变小,线框将做加速度逐渐变小的减速运动.
(2)线框在上升阶段通过班场的过程中,克服安培力做了29J的功.
(3)整个过程中线框能上升的最大高度是30.5m.点评:本题研究哪段过程是解题的关键,根据每个过程线框的运动情况,根据机械能守恒、运动学公式和能量守恒进行研究.
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