如图*所示,质量为0.01kg、长为0.2m的水平金属细杆CD的两头分别放置在两水银槽的水银中,水银槽所在空间...
问题详情:
如图*所示,质量为0.01kg、长为0.2m的水平金属细杆CD的两头分别放置在两水银槽的水银中,水银槽所在空间存在磁感应强度大小B1=10T、方向水平向右的匀强磁场,且杆CD与该匀强磁场垂直.有一匝数为100、面积为0.01m2的线圈通过开关K与两水银槽相连.线圈处于与线圈平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中,其磁感应强度B2随时间t变化关系如图乙所示.在t=0.20s时闭合开关K,细杆瞬间*起(可认为安培力远大于重力),*起的最大高度为0.2m.不计空气阻力和水银的黏滞作用,不考虑细杆落回水槽后的运动,重力加速度g=10m/s2,下列说法正确的是
A.磁感应强度B2的方向竖直向上
B.t=0.05s时,线圈中的感应电动势大小为10V
C.细杆*起过程中,细杆所受安培力的冲量大小为0.01N·s
D.开关K闭合后,通过CD的电荷量为0.01C
【回答】
ABD
【分析】
由法拉第电磁感应定律可以求出感应电动势,由左手定则可以判断出感应电流方向;然后用安培定则判断出线圈中感应电流磁场的方向,最后应用楞次定律判断磁感应强度的方向.在t=0.20s时闭合开关K,CD杆向上做竖直上抛运动,应用竖直上抛运动规律可以求出其获得的初速度,由动量定理求出细框受到的安培力,然后由电流定义式的变形公式求出电荷量.
【详解】
A、细杆CD所受安培力方向竖直向上,由左手定则可知,电流方向为:C→D,由安培定则可知感应电流的磁场方向竖直向上,由图示图象可知,在0.20-0.25s内穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律可知,磁感应强度B2方向:竖直向上,故A正确.
B、由图示图象可知,0~0.10s内:=BS=(1-0)×0.01=0.01Wb,0~0.10s线圈中的感应电动势大小:E=n=100V=10V,即0.15s时,线圈中的感应电动势大小为10V,故B正确.
C、细杆*起瞬间的速度,v==m/s=2m/s,在t=0.20s时,细杆所受安培力的冲量(可认为安培力远大于重力)I=mv=0.01Ns=0.02Ns,故C错误.
D、开关K闭合后,对CD杆由动量定理得:B1IL•t=mv-0,电荷量:Q=It,解得通过CD的电荷量:Q=It===C=0.01C,故D正确.
故选ABD
【点睛】
本题是电磁感应与电学、力学相结合的综合题,分析清楚图乙所示图象是解题的关键,应用法拉第电磁感应定律、左手定则、安培定则、楞次定律、动量定理等即可解题.
知识点:楞次定律
题型:选择题
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