Question

【題目】某同學(xué)利用如圖甲所示裝置研究磁鐵下落過程中的重力勢能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化，螺線管的內(nèi)阻，初始時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片位于正中間20的位置，打開傳感器，將質(zhì)量為m的磁鐵置于螺線管正上方靜止釋放，磁鐵上表面為N極.穿過螺線管后掉落到海綿墊上并靜止（磁鐵下落中受到的電磁阻力遠(yuǎn)小于磁鐵重力，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)），釋放點(diǎn)到海綿墊的高度差為h.計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖乙所示的曲線.

（1）磁鐵穿過螺線管的過程中，產(chǎn)生第一峰值時(shí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢約為________V.

（2）圖像中UI出現(xiàn)前后兩個(gè)峰值，對比實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)峰值是磁鐵剛進(jìn)入螺線管內(nèi)部和剛從內(nèi)部出來時(shí)產(chǎn)生的，對這一現(xiàn)象相關(guān)說法正確的是________.

A.磁鐵從靜止下落到穿過螺線管掉落到海綿墊上的過程中，線圈中的磁通量變化率先增大后減小

B.如果僅將滑動(dòng)變阻器的滑片從中間向左移動(dòng)，坐標(biāo)系中的兩個(gè)峰值都會減小

C.磁鐵在穿過線圈過程中加速度始終小于重力加速度g

D.如果僅略減小h，兩個(gè)峰值都會減小

（3）在磁鐵下降h的過程中，可估算由機(jī)械能轉(zhuǎn)化的電能的大小約為________J.

Answer 1

【答案】0.9 BD （~均正確）

【解析】

（1）[1]．由曲線可知，產(chǎn)生第一峰值時(shí)滑動(dòng)變阻器功率為

線圈輸出功率表達(dá)式為

根據(jù)閉合電路歐姆定律得

聯(lián)立各式并將、代入解得

.

（2）[2]．由曲線可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢先增大后減小，再增大再減小，因此線圈中的磁通量的變化率先增大后減小，再增大再減小，A錯(cuò)誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，當(dāng)外電阻等于內(nèi)電阻時(shí)，電源的輸出功率最大，本題中滑動(dòng)變阻器的最大阻值與內(nèi)阻相等，因此滑片從中間向左滑動(dòng)時(shí)，兩個(gè)峰值都會減小，B正確；當(dāng)磁鐵全部在線圈中時(shí)，磁通量的變化率為零，此時(shí)的感應(yīng)電流為零，只受重力，加速度等于g，C錯(cuò)誤；當(dāng)h減小時(shí)，磁鐵進(jìn)入線圈的速度減小，導(dǎo)致線圈中磁通量的變化率減小，因此兩個(gè)峰值都會減小，D正確.

（3）[3]．根據(jù)圖像的物理意義可知，圖像與橫軸圍成面積大小等于下落過程中電源輸出的電能，圖像與橫軸圍成的面積可由圖像與橫軸圍成的虛線小方框的個(gè)數(shù)乘以每個(gè)小方框的面積求得，由圖像可得，在磁鐵下降h的過程中由機(jī)械能轉(zhuǎn)化的電能的大小為

（~均正確）.