【題目】如圖(a)所示,兩段間距均為L的長平行金屬導(dǎo)軌,左段表面光滑、與水平面成θ角固定放置,頂端MN之間連接定值電阻R1,右段導(dǎo)軌表面粗糖、水平放置,末端CD之間連接一電源,電動勢為E、內(nèi)阻為r,兩段導(dǎo)軌中間EF處通過一小段絕緣光滑軌道將它們圓滑連接起來?臻g存在以EF為邊界的磁場,左側(cè)為勻強磁場,方向垂直導(dǎo)軌平面向下,大小為B1,右側(cè)為變化磁場,方向水平向右,大小隨時間變化如圖(b)所示,F(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻為R2、長為L的金屬棒擱在左側(cè)頂端,由靜止釋放,金屬棒到達EF之前已經(jīng)勻速,接著進入水平軌道,且整個過程中沒有離開導(dǎo)軌。設(shè)金屬棒到達邊界EFt0,金屬棒與水平導(dǎo)軌動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,則:

1)金屬棒到達EF處的速度大小;

2)請寫出金屬棒在水平軌道運動時加速度的表達式(右側(cè)磁感應(yīng)強度用B2表示);

3)試通過分析,描述金屬棒到達水平軌道后的運動情況。

【答案】(1)(2)(3)金屬棒進入水平軌道后,在階段:回路電流不變, 磁場增大, 安培力增大,彈力減小, 摩擦力減小,棒作加速度逐漸減小的減速運動直至停止不動。若金屬棒時刻速度不為零,在之后,回路電流不變,磁場保持不變,安培力不變,彈力不變,棒做勻減速運動直至停止。這種情況下,整個過程棒先做加速度減小的減速運動,接著做勻減速運動直至最后停止不動。

【解析】

1)當金屬棒在左段導(dǎo)軌上運動時受重力G、彈力N1、安培力FA1三個力的作用,勻速階段受力平衡,根據(jù)平衡方程求解金屬棒到達EF處的速度大。唬2)金屬棒進入水平軌道,受摩擦力作用開始減速運動,分析受力情況,結(jié)合牛頓第二定律求解加速度的表達式;(3)通過分析安培力、彈力的變化情況分析加速度,從而分析物體的運動情況.

1)當金屬棒在左段導(dǎo)軌上運動時受重力G、彈力N1、安培力FA1三個力的作用,如圖;

假設(shè)金屬棒到達EF處的速度為v0,金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢:E1=B1L1v0,

金屬棒與電阻R1、導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的感應(yīng)電流:

金屬棒受到的安培力:FA1=B1I1L

因金屬棒到達EF之前已經(jīng)勻速,然后保持勻速運動到達EF處,勻速階段受力平衡,則:FA1=mgsinθ

聯(lián)立解得

2)金屬棒進入水平軌道的初始速度為v0,此時金屬棒、導(dǎo)軌、電源構(gòu)成閉合電路,金屬棒在運動過程中受重力G、安培力FA2、彈力N2和摩擦力f四個力的作用,如圖:

金屬棒進入水平軌道,受摩擦力作用開始減速運動,假設(shè)減速過程中的加速度大小為a,此時回路的電流:

金屬棒所受的安培力FA2=B2L2L,

摩擦力f=μN2;

由正交分解法可知:

豎直方向:N2+FA2=mg

水平方向:f=ma

聯(lián)立解得

3)①金屬棒進入水平軌道后,在0-t1階段:回路電流I2不變,磁場B2增大,安培力FA2增大,彈力N2減小,摩擦力f減小,棒做加速度減小的減速運動直至停止不動;

②金屬棒t1時刻速度不為零,在t1之后,回路的電流I2不變,磁場保持不變,安培力FA2不變,彈力N2不變,棒做勻減速運動直至停止;這種情況下整個過程棒先做加速度減小的減速運動,接著做勻減速運動直至左后停止不動;具體分析討論:

①若金屬棒在0-t1階段速度減到零,這個過程中磁場,由 可知金屬棒運動時隨著時間t的增加,加速度a逐漸減小,金屬棒做加速度減小的減速運動,當金屬棒的速度減為零時,磁場繼續(xù)增強,安培力增大,彈力減小,因金屬棒始終沒有離開導(dǎo)軌,故其后始終保持靜止狀態(tài);

②若金屬棒在t1時刻的速度不為零,此后磁場保持不變,金屬棒的加速度,a不變,故此后保持勻減速直線運動,當速度為零時,安培力保持不變,彈力不變,導(dǎo)體棒保持靜止狀態(tài);這種情況下整個過程中金屬棒在0-t1階段先做加速度減小的減速運動,t1時刻后再做勻減速直線運動,當速度為零時最后保持靜止狀態(tài).

練習冊系列答案
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【題目】如圖所示,表面粗糙的U形金屬線框水平固定,其上橫放一根阻值為R的金屬棒ab,金屬棒與線框接觸良好,通電螺線管豎直放置在線框與金屬棒組成的回路中,下列說法正確的是

A. 當變阻器滑片P向上滑動時,螺線管內(nèi)部的磁通量增大

B. 當變阻器滑片P向下滑動時,金屬棒所受摩擦力方向向右

C. 當變阻器滑片P向上滑動時,流過金屬棒的電流方向由ab

D. 當變阻器滑片P向下滑動時,流過金屬棒的電流方向由ab

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【題目】如圖所示,質(zhì)量相同的兩個帶電粒子PQ以相同的速度沿垂直于電場方向射入兩平行板間的勻強電場中,P從兩極板正中央射入,Q從下極板邊緣處射入,它們最后打在同一點(重力不計),則從開始射入到打到上板的過程中( )

A. 它們運動的時間tQ>tP

B. 它們運動的加速度aQ<aP

C. 它們所帶的電荷量之比qP∶qQ=1∶2

D. 它們的動能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=1∶2

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【題目】如圖所示為飛機起飛時,在同一底片上相隔同樣時間多次曝光“拍攝”的照片,可以看出,在同樣時間間隔中,飛機的位移不斷增大,則下列說法中正確的是( 。

A. 從圖中可看出飛機是做勻加速直線運動

B. 量取圖中數(shù)據(jù)可以求得飛機在中間位置的速度

C. 量取圖中數(shù)據(jù)可以求出飛機在該過程的平均速度

D. 量取圖中數(shù)據(jù)可以判斷飛機是否做勻變速直線運動

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】有一個小燈泡上標有“4.8 V 2 W”的字樣,現(xiàn)在測定小燈泡在不同電壓下的電功率,并作出小燈泡的電功率P與它兩端電壓的平方U2的關(guān)系曲線.有下列器材可供選用:

A.電壓表V1(0~3 V,內(nèi)阻3 kΩ) B.電壓表V2(0~15 V,內(nèi)阻15 kΩ)

C.電流表A(0~0.6 A,內(nèi)阻約1 Ω) D.定值電阻R1=3 kΩ

E.定值電阻R2=15 kΩ F.滑動變阻器R(10 Ω,2 A)

G.學生電源(直流6 V,內(nèi)阻不計) H.開關(guān)、導(dǎo)線若干

(1)為了使測量結(jié)果更加準確,實驗中所用電壓表應(yīng)選用_______,定值電阻應(yīng)選用_______(均用序號字母填寫);

(2)為盡量減小實驗誤差,并要求從零開始多取幾組數(shù)據(jù),請在方框內(nèi)畫出滿足實驗要求的電路圖__________;

(3)根據(jù)實驗做出P﹣U2圖象,下面的四個圖象中可能正確的是_____________

A、 B、

C、 D、

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【題目】如圖所示,坐標系xoy位于光滑絕緣水平面內(nèi),其中第二象限內(nèi)存在一個與坐標平面平行方向如圖的勻強電場。一質(zhì)量為M,電量為的小球aA點由靜止釋放。沿AO方向運動。到達O點時速度為v,AO長度為若小球a恰能與靜止在O點質(zhì)量為的不帶電小球b發(fā)生彈性碰撞,相碰時電荷量平分,同時瞬間撤去電場并在整個空間加一垂直于坐標平面向下的勻強磁場。忽略兩小球間的靜電力及小球運動所產(chǎn)生磁場的影響。求:

(1)勻強電場的電場強度大小E;

(2),b兩球碰后的速度;

(3)若從a,b兩球相碰到兩球與O點第一次共線所用時間為t,則勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小為多少?

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【題目】實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率γ的關(guān)系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功,參照下表可以確定的是( )

A. 如用金屬鎢做實驗得到的Ekm-γ圖線也是一條直線,其斜率與圖中直線的斜率相等

B. 如用金屬鈉做實驗得到的Ekm-γ圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大

C. 如用金屬鈉做實驗得到的Ekm-γ圖線也是一條直線,設(shè)其延長線與縱軸交點的坐標為(0,-Ek2),則Ek2< Ek1

D. 如用金屬鎢做實驗,當入射光的頻率γ<γ1時,可能會有光電子逸出

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【題目】一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s 的質(zhì)子p,變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si,下列說法正確的是(  )

A. 核反應(yīng)方程為

B. 核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒

C. 核反應(yīng)前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和

D. 硅原子核速度的數(shù)量級為m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致

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【題目】如圖所示,有向直線為某點電荷電場中的一條電場線,其上兩點a、b相距為d,電勢差為U,b點的場強大小為E,把電荷量為q的試探電荷從a點移到b點,電場力做功為W,該試探電荷在a點所受的電場力大小為F,下列關(guān)系式一定正確的是(

A. EB. UEdC. ED. U

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