如圖13甲所示,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MNPQ矩形區(qū)域內(nèi)有方向垂直于斜面向上、磁感應(yīng)強度大小為B的磁場;在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有方向垂直于斜面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B1,B1隨時間t變化的規(guī)律如圖13乙所示,其中B1的最大值為2B.現(xiàn)將一根質(zhì)量為M、電阻為R、長為L的金屬細棒cd跨放在MNPQ區(qū)域間的兩導(dǎo)軌上,并把它按住使其靜止.在t=0時刻,讓另一根長為L的金屬細棒ab從CD上方的導(dǎo)軌上由靜止開始下滑,同時釋放cd棒.已知CF長度為2L,兩根細棒均與導(dǎo)軌良好接觸,在ab從圖中位置運動到EF處的過程中,cd棒始終靜止不動,重力加速度為g;tx是未知量.

圖13

(1)求通過ab棒的電流,并確定CDEF矩形區(qū)域內(nèi)磁場的方向;

(2)當(dāng)ab棒進入CDEF區(qū)域后,求cd棒消耗的電功率;

(3)能求出ab棒剛下滑時離CD的距離嗎?若不能,則說明理由;若能,請列方程求解,并說明每一個方程的解題依據(jù).

(4)根據(jù)以上信息,還可以求出哪些物理量?請說明理由.

(1)如圖所示,對于cd棒,受到重力、支持力和安培力的作用而處于平衡狀態(tài)由力的平衡條件有BIL=Mgsinθ

第19題圖

通過ab、cd棒的電流相等,解得通過ab棒的電流為:I=Mgsinθ/(BL)

根據(jù)題意,回路中電流始終保持不變.因此,回路中電動勢保持不變.可知:在tx時刻ab剛好到達CDEF區(qū)域的邊界CD.

在0—tx內(nèi),由楞次定律可判定:CDEF區(qū)域區(qū)域內(nèi)的磁場方向垂直于斜面向下

(2)ab棒進入CDEF區(qū)域后,磁場不再發(fā)生變化,在ab、cd和導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中,ab相當(dāng)于電源,cd相當(dāng)于外電阻

有P=I2R=(Mgsinθ/BL)2R

(3)能求出ab棒剛下滑時離CD的距離.ab進入CDEF區(qū)域前只受重力和支持力作用做勻加速運動,進入CDEF區(qū)域后將做勻速運動.設(shè)ab剛好到達CDEF區(qū)域的邊界CD處的速度大小為v,剛下滑時離CD的距離為s.由法拉第電磁感定律有:

在0—tx內(nèi):E1=ΔΦ/Δt=(2B-B)(2L×L)/tx=2BL2/tx

在tx后:E2=BLv

因E1=E2

解得:v=

由s=(0+v)tx/2

解得s=L

(4)根據(jù)以上信息,還可以求出ab剛好到達CDEF區(qū)域的邊界CD處的速度大小為v、ab到達CDEF區(qū)域的邊界CD處所需的時間、ab棒的質(zhì)量及電阻等.


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相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上的示數(shù)如圖甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第
6條亮紋中心對齊,記下此時如圖乙中手輪上的示數(shù)為
13.870
13.870

mm,求得相鄰亮紋的間距△x為
2.310
2.310
mm.已知雙縫間距d為2.0×10-4 m,測得雙縫到屏的距離l為0.700m,由計算公式λ=
d△x
l
d△x
l
,求得所測光波長為
6.6×102
6.6×102
nm.

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科目:高中物理 來源: 題型:

光電計時器是一種研究物體運動情況的常見計時器,其結(jié)構(gòu)如圖題甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接受裝置.當(dāng)有物體從a、b之間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間.現(xiàn)利用圖題13乙所示的裝置設(shè)計一個“探究恒力做功與動能改變關(guān)系”的實驗,圖中A B是水平桌面,C D是一端帶有定滑輪的等厚長木板。將光電門固定在靠近木板滑輪一端的F點 (與之連接的光電計時器沒有畫出)。小車上固定著用于擋光的窄片K,讓小車從木板上的E點由靜止釋放,由光電門連接的計時器顯示窄片K的擋光時間。

(1) 若已測得窄片的寬度為,并用米尺測得E、F兩點間距為L,且L》d,與光電門連接的計時器顯示的擋光時間為t,小車的質(zhì)量為M,所掛的重物質(zhì)量為m.則小車經(jīng)過F點小車的動能表達式EK=            ;(說明:本題的(1)(2)(3)的結(jié)果均用題中所給的字母表示)

(2) 如果研究對象是小車,請寫出驗證本實驗的表達式是                      ;如果研究對象是小車和重物這一整體,驗證本實驗的表達式應(yīng)是                   ;

 

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科目:高中物理 來源:2012屆福建省廈門第六中學(xué)高一下學(xué)期期中考試物理試卷(帶解析) 題型:實驗題

光電計時器是一種研究物體運動情況的常見計時器,其結(jié)構(gòu)如圖題甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接受裝置.當(dāng)有物體從a、b之間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間.現(xiàn)利用圖題13乙所示的裝置設(shè)計一個“探究恒力做功與動能改變關(guān)系”的實驗,圖中A B是水平桌面,C D是一端帶有定滑輪的等厚長木板。將光電門固定在靠近木板滑輪一端的F點 (與之連接的光電計時器沒有畫出)。小車上固定著用于擋光的窄片K,讓小車從木板上的E點由靜止釋放,由光電門連接的計時器顯示窄片K的擋光時間。

(1) 若已測得窄片的寬度為,并用米尺測得E、F兩點間距為L,且L》d,與光電門連接的計時器顯示的擋光時間為t,小車的質(zhì)量為M,所掛的重物質(zhì)量為m.則小車經(jīng)過F點小車的動能表達式EK=            ;(說明:本題的(1)(2)(3)的結(jié)果均用題中所給的字母表示)
(2) 如果研究對象是小車,請寫出驗證本實驗的表達式是                      ;如果研究對象是小車和重物這一整體,驗證本實驗的表達式應(yīng)是                  ;

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科目:高中物理 來源:2011-2012學(xué)年福建省高一下學(xué)期期中考試物理試卷(解析版) 題型:實驗題

光電計時器是一種研究物體運動情況的常見計時器,其結(jié)構(gòu)如圖題甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接受裝置.當(dāng)有物體從a、b之間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間.現(xiàn)利用圖題13乙所示的裝置設(shè)計一個“探究恒力做功與動能改變關(guān)系”的實驗,圖中A B是水平桌面,C D是一端帶有定滑輪的等厚長木板。將光電門固定在靠近木板滑輪一端的F點 (與之連接的光電計時器沒有畫出)。小車上固定著用于擋光的窄片K,讓小車從木板上的E點由靜止釋放,由光電門連接的計時器顯示窄片K的擋光時間。

(1) 若已測得窄片的寬度為,并用米尺測得E、F兩點間距為L,且L》d,與光電門連接的計時器顯示的擋光時間為t,小車的質(zhì)量為M,所掛的重物質(zhì)量為m.則小車經(jīng)過F點小車的動能表達式EK=             ;(說明:本題的(1)(2)(3)的結(jié)果均用題中所給的字母表示)

(2) 如果研究對象是小車,請寫出驗證本實驗的表達式是                       ;如果研究對象是小車和重物這一整體,驗證本實驗的表達式應(yīng)是                   ;

 

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