如圖11-9所示,一個U形導(dǎo)體框架,其寬度L=1m,框架所在平面與水平面的夾用α=30°。其電阻可忽略不計。設(shè)勻強(qiáng)磁場與U形框架的平面垂直。勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度B=0.2T。今有一條形導(dǎo)體ab,其質(zhì)量為m=0.5kg,有效電阻R=0.1Ω,跨接在U形框架上,并且能無摩擦地滑動,求:
 。1)由靜止釋放導(dǎo)體,導(dǎo)體ab下滑的最大速度vm
 。2)在最大速度vm時,在ab上釋放的電功率。(g=10m/s2)。
(1)
(2)
【錯解分析】
  錯解一:
 。1)ab導(dǎo)體下滑過程中受到重力G和框架的支持力N,如圖11-10。
  根據(jù)牛頓第二定律ΣF=ma
mgsinα= ma
a = gsinα
  導(dǎo)體的初速度為V0=0,導(dǎo)體做勻加速直線運(yùn)動,由運(yùn)動學(xué)公式
v=v0+at=5t
  隨著t的增大,導(dǎo)體的速度v增大vm→∞

  由ε=BLv可知
當(dāng)vm→∞,電功率P→∞
  錯解二:
  當(dāng)導(dǎo)體所受合力為零時,導(dǎo)體速度達(dá)到最大值。
 。1)導(dǎo)體ab受G和框架的支持力N,而做加速運(yùn)動
  由牛頓第二定律
mgsin30°= ma
a = gsin30°
  但是導(dǎo)體從靜止開始運(yùn)動后,就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,回路中就會有感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使得導(dǎo)體受到磁場的安培力的作用。設(shè)安培力為FA
  
  隨著速度v的增加,加速度a逐漸減小。當(dāng)a=0時,速度v有最大值

  分析導(dǎo)體ab下滑過程中物理量變化的因果關(guān)系是求ab導(dǎo)體下滑最大速度的關(guān)鍵。
  錯解一:正是由于對電磁現(xiàn)象規(guī)律和力與運(yùn)動的關(guān)系理解不夠,錯誤地分析出ab導(dǎo)體在下滑過程中做勻加速運(yùn)動。實際上,導(dǎo)體ab只要有速度,就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電流在磁場中受到安培力的作用。安培力隨速度的增加而增大,且安培力的方向與速度方向相反,導(dǎo)體做加速度逐漸減小的變加速直線運(yùn)動。
  錯解二:的分析過程是正確的,但是把導(dǎo)體下滑時產(chǎn)生的電動勢寫錯了公式,ε=BLvsin30°中30°是錯誤的。ε=BLvsinθ中的θ角應(yīng)為磁感強(qiáng)度B與速度v的夾角。本題中θ=90°。
  【正確解答】
 。1)導(dǎo)體ab受G和框架的支持力N,而做加速運(yùn)動由牛頓第二定律
mgsin30°= ma
a = gsin30°= 5(m/s2
  但是導(dǎo)體從靜止開始運(yùn)動后,就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,回路中就會有感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使得導(dǎo)體受到磁場的安培力的作用。設(shè)安培力為FA

  隨著速度v的增加,加速度a逐漸減小。當(dāng)a=0時,速度v有最大值

 。2)在導(dǎo)體ab的速度達(dá)到最大值時,電阻上釋放的電功率

  【小結(jié)】:物理解題訓(xùn)練同學(xué)們的思維能力。本題要求同學(xué)從多角度來看問題。從加速度產(chǎn)生的角度看問題。由于導(dǎo)體運(yùn)動切割磁感線發(fā)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的受力使得導(dǎo)體所受的合力發(fā)生改變,進(jìn)而使導(dǎo)體的加速度發(fā)生變化,直到加速度為零。從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度看:當(dāng)重力做功使導(dǎo)體的動能增加的同時,導(dǎo)體又要切割磁感線發(fā)生電磁感應(yīng)將動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。直至重力做功全部轉(zhuǎn)化為回路的內(nèi)能。 
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題


平面始終處于紙面內(nèi),g取10m/s2。求:
(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;
(2)線框從開始運(yùn)動到最高點(diǎn)所用的時間;
(3)線框落地時的速度的大小。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖所示,光滑斜面的傾角,在斜面上放置一矩形線框abcdab邊的邊長為1 m,bc邊的邊長為0. 8 m ,線框的質(zhì)量M="4" kg,電阻為0. 1Ω,線框通過細(xì)線繞過光滑的定滑輪與重物相連,滑輪的質(zhì)量不計,重物的質(zhì)量m="1" kg,斜面上efgh為斜面上有界勻強(qiáng)磁場的邊界,與斜面的底邊平行,efgh的間距為1. 8 m,磁場方向垂直于斜面向上,B="0." 5 T,開始cd邊離gh邊的距離為2.25 m,由靜止釋放,線框恰好能勻速穿過ef邊界,線框滑動過程中cd邊始終與底邊平行,求:(設(shè)斜面足夠長,重物m不會與滑輪接觸,g取10
(1)線框cd邊剛進(jìn)入磁場時速度的大小。
(2)線框進(jìn)入磁場過程中通過線框的電量。
(3)線框進(jìn)入磁場過程中在線框中產(chǎn)生的焦耳熱。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖12-3-15所示,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.40T的勻強(qiáng)磁場,其磁感線垂直地穿過半徑的金屬環(huán),OA是一根金屬棒,它貼著圓環(huán)沿順時針方向繞O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動,OA棒的電阻,電路上三只電阻,圓環(huán)與其他導(dǎo)線的電阻不計,當(dāng)電阻消耗的電功率為時,OA棒的角速度多大?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖12-2-16所示,線圈由A位置開始下落,若它在磁場中受到的磁場力總小于重力,則在A、B、C、D四個位置(B、D位置恰好線圈有一半在磁場中)時加速度的關(guān)系為(     )

A、>>>              B、>>  
C、>>             D、>

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(13分)如圖6所示,固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌間距為,上端接有阻值為的電阻,處在方向水平、垂直導(dǎo)軌平面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場中,質(zhì)量為的導(dǎo)體棒與下端固定的豎直輕質(zhì)彈簧相連且始終保持與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略,彈簧的勁度系數(shù)為。初始時刻,彈簧恰好處于自然長度,使導(dǎo)體棒以初動能沿導(dǎo)軌豎直向下運(yùn)動,且導(dǎo)體棒在往復(fù)運(yùn)動過程中,始終與導(dǎo)軌垂直。
(1)求初始時刻導(dǎo)體棒所受安培力的大小;
(2)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動一段時間后,最終將靜止。設(shè)靜止時彈簧的彈性勢能為,則從初始時刻到最終導(dǎo)體棒靜止的過程中,電阻上產(chǎn)生的焦耳熱為多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

有人為汽車設(shè)計的一個“再生能源裝置”原理簡圖如圖1所示,當(dāng)汽車減速時,線圈受到磁場的阻尼作用幫助汽車減速,同時產(chǎn)生電能儲存?zhèn)溆。圖1中,線圈的匝數(shù)為n,ab長度為L1,bc長度為L2。圖2是此裝置的側(cè)視圖,切割處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B,有理想邊界的兩個扇形磁場區(qū)夾角都是90°。某次測試時,外力使線圈以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動,電刷端和端接電流傳感器,電流傳感器記錄的圖象如圖3所示(I為已知量),取邊剛開始進(jìn)入左側(cè)的扇形磁場時刻。不計線圈轉(zhuǎn)動軸處的摩擦

(1)求線圈在圖2所示位置時,產(chǎn)生電動勢E的大小,并指明電刷哪個接電源正極;
(2)求閉合電路的總電阻和外力做功的平均功率;
(3)為了能夠獲得更多的電能,依據(jù)所學(xué)的物理知識,請你提出改進(jìn)該裝置的三條建議。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題


紙面內(nèi)兩個半徑均為R的圓相切于O點(diǎn),兩圓形區(qū)域內(nèi)分別存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反,且不隨時間變化.一長為2R的導(dǎo)體桿OA繞O點(diǎn)且垂直于紙面的軸順時針勻速旋轉(zhuǎn),角速度為ω.t=0時,OA恰好位于兩圓的公切線上,如圖所示,若選取從O指向A的電動勢為正,下列描述導(dǎo)體桿中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像可能正確的是
A.
B.
C.
D.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖甲所示,導(dǎo)體棒MN置于水平導(dǎo)軌上,PQMN所圍的面積為S,PQ之間有阻值為R的電阻,不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻。導(dǎo)軌所在區(qū)域內(nèi)存在沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場,規(guī)定磁場方向豎直向上為正,在0~2t0時間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化情況如圖乙所示,導(dǎo)體棒MN始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是
A.在0~t0和t0~2t0時間內(nèi),導(dǎo)體棒受到的導(dǎo)軌的摩擦力方向相同
B.在0~t0內(nèi),通過導(dǎo)體棒的電流方向為N到M
C.在t0~2t0內(nèi),通過電阻R的電流大小為
D.在0~2t0時間內(nèi),通過電阻R的電荷量為

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案