高中物理* 涡流现象及其应用综合题

如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为l="0.50" m.一根质量为m="0.50" kg的均匀金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节、竖直向上的匀强磁场中.ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为F_m="1.0" N,ab棒的电阻为R="0.10" Ω,其他各部分电阻均不计.开始时,磁感应强度B₀="0.50" T.

(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感应强度的大小,使其以="0.20" T/s的变化率均匀增加，求经过多长时间ab棒开始滑动.此时通过ab棒的电流大小和方向如何?
(2)若保持磁感应强度B₀的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a="4.0" m/s²的加速度匀加速运动，推导出此拉力F_T的大小随时间t变化的函数表达式，并在图乙所示的坐标图上作出拉力F_T随时间t变化的F_T-t图线.

如图甲所示,空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻值为R.线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域.在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行.设线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右.
在下面的乙图中,画出ab两端电势差U_ab随距离变化的图象(其中U₀=BLv).

甲

乙

如图所示,abcd为一个闭合矩形金属线框,图中虚线为磁场右边界(磁场的左边界很远),它与线圈的ab边平行,等分bc边,即线圈有一半位于匀强磁场之中,而另一半位于磁场之外,磁感线方向垂直于线框平面向里.线框以ab边为轴匀速转动,t=0时刻线圈的位置如图所示.在下面的坐标系中定性画出转动过程中线圈内感应电流随时间变化的图象(只要求画出一个周期).

如图9-2-26（a）所示，水平放置的两平行金属导轨，间距L="0.3" m，导轨左端连接R="0.6" Ω的电阻.区域abcd内存在垂直于导轨平面B="0.6" T的匀强磁场，磁场区域宽D="0.2" m，细金属棒A₁和A₂用长为2D="0.4" m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直.每根金属棒在导轨间的电阻均为R="0.3" Ω，导轨电阻不计.使金属棒以恒定速度v="1.0" m/s沿导轨向右穿越磁场.计算从金属棒A₁进入磁场（t=0）到A₂离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流，并在图（b）中画出.

图9-2-26

在如图9-2-14甲所示的电路中，螺线管匝数N="1" 500匝，横截面积S="20" cm².螺线管导线电阻R="1.0" Ω，R₁="4.0" Ω，R₂="5.0" Ω，C="30" μF.在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化.

甲

乙
图9-2-14
（1）求螺线管中产生的感应电动势；
（2）闭合S，电路中的电流稳定后，求电阻R₁的电功率；
（3）S断开后，求流经R₂的电荷量.

某匀强磁场垂直穿过一个线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图12-2-29所示.若在某1 s内穿过线圈中磁通量的变化量为零，则该1 s开始的时刻是多少？

图12-2-29

如图12-2-28所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO′以角速度ω做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面与磁场方向重合时开始计时，则在金属环转过30°角的过程中，环中产生的感应电动势是多大？

图12-2-28

如图所示，为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为，处在竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中.一导体杆垂直于放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动.质量为、每边电阻均为、边长为₂的正方形金属框置于竖直平面内，两顶点通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态.不计其余电阻和细导线对点的作用力.

(1)通过边的电流是多大?
(2)导体杆的运动速度是多大?