如图(a)所示,在垂直于匀强磁场的平面内,半径为的金属圆盘绕过圆心的轴转动,圆心和边缘通过电刷与一个电路连接,电路中的是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流与圆盘角速度的关系如图(b)所示,期中段和段均为直线,且段过坐标原点。代表圆盘逆时针转动。已知:,,。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。
(1)根据图()写出、段对应与的关系式;
(2)求出图()中、两点对应的P两端的电压、;
(3)分别求出、段流过的电流与其两端电压的关系式.
如图14所示,光滑的U形金属导轨MNN′M′水平的固定在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨的宽度为L,其长度足够长,M′、M之间接有一个阻值为R的电阻,其余部分电阻不计.一质量为m、电阻也为R的金属棒ab恰能放在导轨之上,并与导轨接触良好.给棒施加一个水平向右的瞬间作用力,棒就沿轨道以初速度v0开始向右滑行.求:
(1)开始运动时,棒中的瞬时电流i和棒两端的瞬时电压u分别为多大?
(2)当棒的速度由v0减小到v0/10的过程中,棒中产生的焦耳热Q是多少?
(14分)在拆装某种大型电磁设备的过程中,需将设备内部的处于强磁场中的线圈先闭合,然后再提升直至离开磁场,操作时通过手摇轮轴A和定滑轮O来提升线圈.假设
该线圈可简化为水平长为L、上下宽度为d的矩形线圈,其匝数为n,总质量为M,总电阻为R.磁场的磁感应强度为B,如图13所示.开始时线圈的上边缘与有界磁场的上边缘平齐,若转动手摇轮轴A,在时间t内把线圈从图示位置匀速向上拉出磁场.求此过程中:
(1)流过线圈中每匝导线横截面的电荷量是多少 ?
(2)在转动轮轴时,人至少需做多少功?(不考虑摩擦影响)
(12分)如图12所示,两平行长直金属导轨置于竖直平面内,间距为L,导轨上端有阻值为R的电阻,质量为m的导体棒垂直跨放在导轨上,并搁在支架上,导轨和导体棒电阻不计,接触良好,且无摩擦.在导轨平面内有一矩形区域的匀强磁场,方向垂直于纸面向里,磁感应强度为B.开始时导体棒静止,当磁场以速度v匀速向上运动时,导体棒也随之开始运动,并很快达到恒定的速度,此时导体棒仍处在磁场区域内,试求:
(1)导体棒的恒定速度;
(2)导体棒以恒定速度运动时,电路中消耗的电功率.
(16分)磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场,如图13所示,从ab进入磁场时开始计时.
(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象;
(2)判断线框中有无感应电流.若有,请判断出感应电流的方向;若无,请说明
理由.
(14分)如图16所示,光滑匀质圆球的直径d=40 cm,质量为M=20 kg,悬线长L=30 cm,正方形物块A的厚度b=10 cm,质量为m=2 kg,物块A与墙之间的动摩擦因数μ=0.2.现将物块A轻放于球和墙之间后放手,取g=10 m/s2,求:
(1)墙对A的摩擦力为多大?
(2)施加一个与墙面平行的外力于物体A上,使物体A在未脱离圆球前贴着墙
沿水平方向做加速度a=5 m/s2的匀加速直线运动,那么这个外力的大小和方
向如何?