如圖*所示,質量為0.01kg、長為0.2m的水平金屬細杆CD的兩頭分別放置在兩水銀槽的水銀中,水銀槽所在空間...
問題詳情:
如圖*所示,質量為0.01kg、長為0.2m的水平金屬細杆CD的兩頭分別放置在兩水銀槽的水銀中,水銀槽所在空間存在磁感應強度大小B1=10T、方向水平向右的勻強磁場,且杆CD與該勻強磁場垂直.有一匝數為100、面積為0.01m2的線圈通過開關K與兩水銀槽相連.線圈處於與線圈平面垂直、沿豎直方向的勻強磁場中,其磁感應強度B2隨時間t變化關係如圖乙所示.在t=0.20s時閉合開關K,細杆瞬間*起(可認為安培力遠大於重力),*起的最大高度為0.2m.不計空氣阻力和水銀的黏滯作用,不考慮細杆落回水槽後的運動,重力加速度g=10m/s2,下列説法正確的是
A.磁感應強度B2的方向豎直向上
B.t=0.05s時,線圈中的感應電動勢大小為10V
C.細杆*起過程中,細杆所受安培力的衝量大小為0.01N·s
D.開關K閉合後,通過CD的電荷量為0.01C
【回答】
ABD
【分析】
由法拉第電磁感應定律可以求出感應電動勢,由左手定則可以判斷出感應電流方向;然後用安培定則判斷出線圈中感應電流磁場的方向,最後應用楞次定律判斷磁感應強度的方向.在t=0.20s時閉合開關K,CD杆向上做豎直上拋運動,應用豎直上拋運動規律可以求出其獲得的初速度,由動量定理求出細框受到的安培力,然後由電流定義式的變形公式求出電荷量.
【詳解】
A、細杆CD所受安培力方向豎直向上,由左手定則可知,電流方向為:C→D,由安培定則可知感應電流的磁場方向豎直向上,由圖示圖象可知,在0.20-0.25s內穿過線圈的磁通量減少,由楞次定律可知,磁感應強度B2方向:豎直向上,故A正確.
B、由圖示圖象可知,0~0.10s內:=BS=(1-0)×0.01=0.01Wb,0~0.10s線圈中的感應電動勢大小:E=n=100V=10V,即0.15s時,線圈中的感應電動勢大小為10V,故B正確.
C、細杆*起瞬間的速度,v==m/s=2m/s,在t=0.20s時,細杆所受安培力的衝量(可認為安培力遠大於重力)I=mv=0.01Ns=0.02Ns,故C錯誤.
D、開關K閉合後,對CD杆由動量定理得:B1IL•t=mv-0,電荷量:Q=It,解得通過CD的電荷量:Q=It===C=0.01C,故D正確.
故選ABD
【點睛】
本題是電磁感應與電學、力學相結合的綜合題,分析清楚圖乙所示圖象是解題的關鍵,應用法拉第電磁感應定律、左手定則、安培定則、楞次定律、動量定理等即可解題.
知識點:楞次定律
題型:選擇題
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