(16分)如下圖(a)所示,間距為L、電阻不計的光滑導(dǎo)軌固定在傾角為θ的斜面上。在區(qū)域I內(nèi)有方向垂直于斜面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,在區(qū)域Ⅱ內(nèi)有垂直于斜面向下的勻強磁場,其磁感應(yīng)強度Bt的大小隨時間t變化的規(guī)律如下圖(b)所示。t=0時刻在軌道上端的金屬細(xì)棒ab從如圖位置由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑,同時下端的另一金屬細(xì)棒cd在位于區(qū)域I內(nèi)的導(dǎo)軌上由靜止釋放。在ab棒運動到區(qū)域Ⅱ的下邊界EF處之前,cd棒始終靜止不動,兩棒均與導(dǎo)軌接觸良好。已知ab棒和cd棒的質(zhì)量均為m、電阻均為R,區(qū)域Ⅱ沿斜面的長度為2L,在t=tx時刻(tx未知)ab棒恰進入?yún)^(qū)域Ⅱ,重力加速度為g。
求:
(1)通過cd棒電流的方向和區(qū)域I內(nèi)磁場的方向
(2)當(dāng)ab棒在區(qū)域Ⅱ內(nèi)運動時cd棒消耗的電功率和熱量
(3)ab棒開始下滑至EF的過程中流過導(dǎo)體棒cd的的電量
(1)垂直于斜面向上(2) (3)

試題分析:(1)通過cd棒的電流方向: dc                           …………(1分)
區(qū)域I內(nèi)磁場方向: 為垂直于斜面向上                    …………(1分)
(2)對cd,F(xiàn)=BIL=mgsinθ,
所以通過cd棒的電流大小                 …………(2分)
當(dāng)ab棒在區(qū)域II內(nèi)運動時cd棒消耗的電功率:
P=I2R=                              …………(2分)
由能量守恒,  
               …………(4分)
(3)ab棒在到達區(qū)域II前做勻加速直線運動,a==gsinθ
cd棒始終靜止不動,ab棒在到達區(qū)域II前、后,回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不變,
ab棒在區(qū)域II中一定做勻速直線運動,可得;
    所以  ……(2分)
ab棒在區(qū)域II中做勻速直線運動的速度
ab棒在區(qū)域II中運動的時間t2==   …………(1分)
ab棒從開始下滑至EF的總時間t=tx+t2=2 …………(1分)
     …………(2分)
點評:解決這類問題的關(guān)鍵是弄清電路結(jié)構(gòu),正確分析電路中的電流以及安培力的變化情況.
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:計算題

如圖甲所示,一個足夠長的U形金屬管導(dǎo)軌NMPQ固定在水平面內(nèi),MN、PQ兩導(dǎo)軌間的寬度為L="0.50" m.一根質(zhì)量為m="0.50" kg的均勻金屬棒ab橫跨在導(dǎo)軌上且接觸良好,abMP恰好圍成一個正方形.該軌道平面處在磁感應(yīng)強度大小可以調(diào)節(jié)、豎直向上的勻強磁場中,ab棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力均為Fm="1.0" N,ab棒的電阻為R="0.10" Ω,其他各部分電阻均不計。開始時,磁感應(yīng)強度B0="0.50" T。
(1)若從某時刻(t=0)開始,調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強度的大小,使其以="0.20" T/s的變化率均勻增加,求經(jīng)過多長時間ab棒開始滑動.此時通過ab棒的電流大小和方向如何?
(2)若保持磁感應(yīng)強度B0的大小不變,從t=0時刻開始,給ab棒施加一個水平向右的拉力,使它以a="4.0" m/s2的加速度勻加速運動,推導(dǎo)出此拉力FT的大小隨時間t變化的函數(shù)表達式,并在圖乙所示的坐標(biāo)圖上作出拉力FT隨時間t變化的FT-t圖線。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示.光滑的平行金屬導(dǎo)軌長為L、間距為d,軌道平面與水平面的夾角為θ,導(dǎo)軌上端接一阻值為R的電阻,導(dǎo)軌所在空間有垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度為B.有一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒ab,放在導(dǎo)軌最上端,其余部分電阻不計.已知棒ab從導(dǎo)軌最上端由靜止開始下滑到最底端的過程中,整個電路中產(chǎn)生的熱量為Q,重力加速度為 g,求:

(1)當(dāng)棒沿導(dǎo)軌滑行的速度為v時,ab棒兩端的電勢差Uab;
(2)棒下滑到軌道最底端時的速度;
(3)整個過程通過電阻R的電荷量.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,矩形閉合金屬框abcd的平面與勻強磁場垂直,若ab邊受豎直向上的磁場力的作用,則可知線框的運動情況是
A.向左平動進入磁場B.向右平動退出磁場
C.沿豎直方向向上平動D.沿豎直方向向下平動

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ,處于垂直導(dǎo)軌平面磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,導(dǎo)軌中接入電動勢為E. 內(nèi)阻為r的直流電源,電路中有一阻值為R的電阻,其余電阻不計,將質(zhì)量為m. 長度為L的導(dǎo)體棒由靜止釋放,求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大小。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的夾角為,導(dǎo)軌間距為,電阻不計,它與阻值為R的定值電阻相連,勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強度為B。有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從ab位置由靜止平行于斜面向下運動,到達ab′位置時的速度大小為v,滑行的距離為s,導(dǎo)體棒的電阻也為R,與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為
A.上述滑動過程中導(dǎo)體棒受到的最大安培力為
B.上述滑動過程中導(dǎo)體棒做勻加速直線運動
C.上述滑動過程中由于電流做功產(chǎn)生的熱量為
D.上述滑動過程中導(dǎo)體棒損失的機械能為mgs

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場有理想邊界,用力將矩形線圈從有邊界的磁場中勻速拉出,在其他條件不變的情況下(    )
A.速度越大,拉力做功越多
B.線圈邊長L1越大,拉力做功越多
C.線圈邊長L2越大,拉力做功越多
D.線圈電阻越大,拉力做功越多

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,一金屬方框abcd從離磁場區(qū)域上方高h(yuǎn)處自由下落,然后進入與線框平面垂直的勻強磁場中。在進入磁場的過程中,可能發(fā)生的情況是
A.線框做變加速運動
B.線框做勻加速運動
C.線框做勻減速運動
D.線框做勻速運動

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(14分)在地面附近的真空室中,水平平行虛線PQ、MN間有方向水平且垂直于紙面的勻強磁場,PQMN相距為2L。一個邊長為L、質(zhì)量為m的均勻金屬框abcd,總電阻為R,處于豎直面內(nèi),ab邊距PQL。讓金屬框由靜止開始下落,運動中保證金屬框始終在豎直平面內(nèi)且ab邊與PQ平行,當(dāng)金屬框ab邊剛進入磁場,金屬框即開始做勻速運動。已知重力加速度為g,求

(1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B
(2)金屬框從開始運動至其ab邊剛要出磁場的過程中,金屬框產(chǎn)生的焦耳熱Q
(3)金屬框ab邊剛要出磁場時的速度v

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