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高中 | 能量守恒定律题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-3
第十章 热力学定律
10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
能量守恒定律
如图所示,宽度$d=0.2\;\rm m$的区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小$B=1\;\rm T$,方向垂直纸面向里。一正方形导线框$abcd$,从距磁场上边界高度$h=0.2\;\rm m$处自由下落,其下边$ab$刚进入磁场和刚离开磁场时的速度相同。已知线框质量$m=10\;\rm g$,边长$l=0.1\;\rm m$,电阻$R=0.1\;\rm \Omega$,$g$取$10\;\rm m/s^{2}$,则$(\qquad)$
线框刚进入磁场时线框中有逆时针方向的电流
","线框完全离开磁场时的速度为$\\sqrt{3}\\;\\rm \\text{m/s}$
","线框在穿越磁场过程中产生的热量为$0.02\\;\\rm J$
","线框穿越整个磁场所用时间为$\\dfrac{\\sqrt{2}}{10}\\;\\rm {s}$
"]$\rm A$.根据右手定则可知电流方向为逆时针,故$\rm A$正确;
$\rm B$.设线框刚进入磁场的速度为$v$,则$v^{2}=2gh$,线框完全离开磁场时的速度为$v_{1}$,由题意可知线框从完全进入磁场到即将离开磁场过程中只受重力,则有$v^{2} − v_{1}^{2}=2gl$
可得$v_{1}=\sqrt{2}\;\rm \text{m/s}$,故$\rm B$错误;
$\rm C$.由能量守恒可得$mg(h+d+l)-Q_{热}=\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}$
解得$Q_{热}=0.04\;\rm J$,故$\rm C$错误;
$\rm D$.线框进入和离开的过程所用时间相同为$t$, $\dfrac{B^{2}L^{2}v_{i}}{R}t_{i}=mv_{1}-mv$
可得$t=\dfrac{\sqrt{2}-1}{10}\;\rm {s}$
完全进入磁场到刚要离开磁场所用时间为$t_{1}$,根据$v_{1}+gt_{1}=v$
解得$t_{1}=\dfrac{2-\sqrt{2}}{10}\;\rm {s}$
故总时间为$2t+t_{1}=\dfrac{\sqrt{2}}{10}\;\rm {s}$,故$\rm D$正确。
故选:$\rm AD$。
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