Question

【題目】如圖1所示是一個用數字化實驗系統進行電磁感應探究的實驗裝置示意圖。兩個相同的線圈A、B套在豎直放置的銅管外面并固定，兩線圈中心點的距離為0.322m。兩個線圈分別用電壓傳感器（量程0.2V）連接到計算機。將一塊扁平圓柱形釹鐵硼磁體從銅管的上端無初速放入管中，磁鐵在下落過程中先后從銅管內部穿過兩個線圈，使線圈內產生感應電動勢。電壓傳感器及電腦組成的系統可采集感應電動勢的圖象并進行數據分析。圖2是一次實驗采集到的圖線。

（1）請定性分析磁鐵在進入銅管后下落的整個運動過程中的速度和加速度的變化情況，并簡單說明原因。

（2）計算磁體在銅管中部穩定狀態運動的速度。

（3）請在圖1中標出圖2中的a 、b 、c 三點對應的時刻磁體（中心）在銅管中所在的大體位置。

Answer 1

【答案】（1）見解析； （2）0.089m/s （3）

【解析】

（1）釹鐵硼磁體剛進入銅管以后，開始做加速度減小的變加速運動，因為磁體有了速度，根據電磁感應原理，銅管中出現感應電流，磁體受到電磁力F電，分析向上。受力如圖所示。

當磁體速度逐漸增加，F電也逐漸增大，最終與重力達到平衡，磁體做勻速運動，其速度值達到最大。

由于銅管的電阻很小，感應電流較大，阻礙釹鐵硼運動的作用也較大，所以，它很快就達到勻速運動的狀態。從圖象看到，釹鐵硼是勻速通過兩個線圈間的那段距離（圖1中的AB段）。

當磁體運動接近出口時，磁場減弱，同時F電也減小，磁體做加速度變大的變加速運動。

（2）已知兩線圈中心長度為l＝0.322m，從圖2可知這一段磁體運動時間大致為（5.8－2.2）s，所以速度為v＝0.322m/（5.8－2.2）s＝0.089m/s。

（3）如圖：