5.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為l,兩導(dǎo)軌間連有一電阻R,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,在兩虛線間的導(dǎo)軌上涂有薄絕緣涂層,涂層寬度也為l.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從h高度處由靜止釋放,在剛要滑到涂層處時(shí)恰好勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且僅與涂層間有摩擦,動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tanθ,其他部分的電阻不計(jì),重力加速度為g,求:
(1)導(dǎo)體棒到達(dá)底端的速度
(2)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱.

分析 (1)據(jù)題導(dǎo)體棒在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng),推導(dǎo)出安培力與速度的關(guān)系,再由平衡條件求解速度v.
(3)求出導(dǎo)體棒在滑上涂層滑動(dòng)時(shí)摩擦產(chǎn)生的熱,再根據(jù)能量守恒定律求解電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.

解答 解:(1)導(dǎo)體棒剛要滑到涂層處時(shí)恰好勻速運(yùn)動(dòng),說(shuō)明導(dǎo)體棒在達(dá)到底部前已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng);
設(shè)導(dǎo)體棒到達(dá)底端的速度v,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:E=Blv
根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得感應(yīng)電流為:I=$\frac{E}{R}$
安培力為:F=BIl,
聯(lián)立得:F=$\frac{{B}^{2}{;}^{2}v}{R}$,
根據(jù)受力平衡,有:F=mgsinθ
解得:v=$\frac{mgRsinθ}{{B}^{2}{l}^{2}}$;
(2)導(dǎo)體棒在滑上涂層滑動(dòng)時(shí)摩擦生熱為:
Qf=μmglcosθ=mglcosθtanθ
整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,根據(jù)能量守恒定律得:
mgh=Q+Qf-$\frac{1}{2}m{v}^{2}$.
解得:Q=mgh-mglcosθtanθ-$\frac{m{g}^{2}{R}^{2}si{n}^{2}θ}{2{B}^{4}{l}^{4}}$.
答:(1)導(dǎo)體棒到達(dá)底端的速度為$\frac{mgRsinθ}{{B}^{2}{l}^{2}}$;
(2)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為mgh-mglcosθtanθ-$\frac{m{g}^{2}{R}^{2}si{n}^{2}θ}{2{B}^{4}{l}^{4}}$.

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于電磁感應(yīng)問(wèn)題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,重點(diǎn)是分析安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問(wèn)題,根據(jù)平衡條件列出方程;另一條是能量,分析涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題,根據(jù)動(dòng)能定理、功能關(guān)系等列方程求解.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

15.下列能說(shuō)明光具有粒子性的實(shí)驗(yàn)是(  )
A.氫原子光譜實(shí)驗(yàn)B.黑體輻射實(shí)驗(yàn)C.α粒子散射實(shí)驗(yàn)D.光電效應(yīng)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

16.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn):在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速運(yùn)動(dòng),然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng).他設(shè)計(jì)的裝置如圖甲所示.在小車(chē)A后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板下墊著小木片以平衡摩擦力.
(1)若已測(cè)得打點(diǎn)的紙帶如圖乙所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距(已標(biāo)在圖上).A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),則A(填寫(xiě)代號(hào)).
A.應(yīng)選BC段來(lái)計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選DE段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同的速度
B.應(yīng)選BC段來(lái)計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選CD段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同的速度
C.應(yīng)選AB段來(lái)計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選DE段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同的速度
D.應(yīng)選AB段來(lái)計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選CD段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同的速度
(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量m1=0.4㎏,小車(chē)B的質(zhì)量m2=0.2㎏,則碰前兩小車(chē)的總動(dòng)量大小為0.420kg•m/s,碰后兩小車(chē)的總動(dòng)量大小為0.417kg•m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

13.下列敘述正確的是( 。
A.三種射線中α、β、γ,α射線的電離能力最弱,穿透能力最強(qiáng)
B.按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到較大的軌道時(shí),電子的動(dòng)能減小,原子總能量增大
C.金屬的逸出功隨入射光頻率的增大而增大
D.一束光照射到某金屬表面不發(fā)生光電效應(yīng),是因?yàn)樵撌獾膹?qiáng)度太弱

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

20.在科學(xué)研究中,經(jīng)常用“電導(dǎo)率”這一概念來(lái)表示物質(zhì)導(dǎo)電本領(lǐng)的強(qiáng)弱,電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù),如圖是硫酸濃度與電導(dǎo)率的關(guān)系圖,下列判斷正確的是( 。
A.電導(dǎo)率的單位可以用Ω/m表示
B.對(duì)于硫酸,濃度越高導(dǎo)電本領(lǐng)越強(qiáng)
C.可以根據(jù)電導(dǎo)率來(lái)確定硫酸濃度
D.某一濃度的硫酸導(dǎo)電時(shí),遵守歐姆定律

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

10.如圖所示,間距為l的平行導(dǎo)軌MN、PQ與水平面夾角為α,導(dǎo)軌上端接電阻R,導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.現(xiàn)有一質(zhì)量為m,長(zhǎng)度也為l的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌上端釋放,當(dāng)下滑速率為v時(shí),導(dǎo)體棒恰好能沿導(dǎo)軌做勻速運(yùn)動(dòng);如果導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌下端以初速度v沿導(dǎo)軌向上滑出后,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的最大距離為L(zhǎng).已知導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌接觸良好,重力加速度為g,請(qǐng)計(jì)算導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)以及導(dǎo)體棒上滑過(guò)程中電阻R產(chǎn)生的焦耳熱.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

17.觀察水龍頭,在水龍頭出水口出水的流量(在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)任一橫截面的水的體積)穩(wěn)定時(shí),發(fā)現(xiàn)自來(lái)水水流不太大時(shí),從龍頭中連續(xù)流出的水會(huì)形成一水柱,現(xiàn)測(cè)得高為H的水柱上端面積為S1,下端面積為S2,重力加速度為g,以下說(shuō)法正確的是(  )
A.水柱是上細(xì)下粗
B.水柱是上粗下細(xì)
C.該水龍頭的流量是S1S2$\sqrt{\frac{2gH}{{{S}_{1}}^{2}-{{S}_{2}}^{2}}}$
D.該水龍頭的流量是$\sqrt{\frac{2gH}{{{S}_{2}}^{2}+{{S}_{1}}^{2}}}$

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

14.如圖所示,光滑水平地面上,質(zhì)量分別為2kg、1kg可視為質(zhì)點(diǎn)的兩滑塊A、B,在水平外力作用下緊靠在一起(不粘連)壓緊勁度系數(shù)為50N/m的彈簧,彈簧左端固定在墻壁上,此時(shí)彈簧的壓縮量為6cm,現(xiàn)突然改變外力F使B向右左勻加速運(yùn)動(dòng),到兩滑塊A、B間作用力恰好為零外力F為1N,則(  )
A.此時(shí)滑塊的壓縮量為零B.此時(shí)滑塊B的運(yùn)動(dòng)速度為0.2m/s
C.在此過(guò)程滑塊A的位移大小為4cmD.在此過(guò)程滑塊B的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.2s

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

15.如圖,光滑斜面的傾角為θ,斜面上放置一矩形導(dǎo)體線框abcd,ab邊的邊長(zhǎng)為l1,bc邊的邊長(zhǎng)為l2,線框的質(zhì)量為m,電阻為R,線框通過(guò)絕緣細(xì)線繞過(guò)光滑的滑輪與重物相連,重物質(zhì)量為M,斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間是做勻速運(yùn)動(dòng)的,且線框的ab邊始終平行底邊,則下列說(shuō)法不正確的是(  )
A.線框進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為$\frac{Mg-mgsinθ}{m}$
B.線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度為$\frac{(Mg-mgsinθ)R}{B{l}_{1}}$
C.線框做勻速運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為$\frac{{B}^{2}{{l}_{1}}^{2}}{(Mg-mgsinθ)R}$
D.該勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱為(Mg-mgsinθ)l2

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