(11分)如圖甲所示,光滑且足夠長的金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行地固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.20 m,兩導(dǎo)軌的左端之間所接的電阻R=0.40 Ω,導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.10 kg的金屬桿ab,位于兩導(dǎo)軌之間的金屬桿的電阻r=0.10 Ω,導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì).整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向豎直向下.現(xiàn)用一水平外力F水平向右拉金屬桿,使之由靜止開始運(yùn)動,在整個(gè)運(yùn)動過程中金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好,若理想電壓表的示數(shù)U隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示,求從金屬桿開始運(yùn)動經(jīng)t=5.0 s時(shí):

(1)通過金屬桿的感應(yīng)電流的大小和方向;
(2)金屬桿的速度大;
(3)外力F的瞬時(shí)功率.
(1)1.0 A,方向由b→a (2)5.0 m/s (3)1.0 W

試題分析:(1)由圖象可知,t=5.0 s時(shí)的U=0.40 V
此時(shí)電路中的電流(即通過金屬桿的電流)
I==1.0 A
由右手定則判斷出,此時(shí)電流的方向?yàn)橛蒪指向a
(2)金屬桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=I(R+r)=0.50 V
因E=BLv,所以5.0 s時(shí)金屬桿的速度大小
v==5.0 m/s
(3)金屬桿速度為v時(shí),電壓表的示數(shù)應(yīng)為U=BLv,
由圖象可知,U與t成正比,由于R、r、B及L均為不變量,所以v和t成正比,即金屬桿應(yīng)沿水平方向向右做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動
金屬桿運(yùn)動的加速度a=v/t=1.0 m/s2
根據(jù)牛頓第二定律,在5.0 s末時(shí)對金屬桿有F-BIL=ma,解得F=0.2 N
此時(shí)F的瞬時(shí)功率
P=Fv=1.0 W.
點(diǎn)評:處理電磁感應(yīng)與電流的結(jié)合問題時(shí),要注意切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源,首先把電磁感應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為電路問題求解,對于電磁感應(yīng)與力的結(jié)合問題,注意安培力隨著導(dǎo)體棒速度的增大而增大,當(dāng)安培力等于外力F時(shí)加速度為零,速度最大
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:單選題

如圖所示,一個(gè)正方形單匝線圈abcd,邊長為L,線圈每邊的電阻均為R,以恒定速度v通過一個(gè)寬度為2L的勻強(qiáng)磁場區(qū),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里。下列ABCD圖中能正確反映ab兩端電壓Uab隨時(shí)間t變化關(guān)系的是(  )

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計(jì)算題

在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n = 1500匝,橫截面積S = 20cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r = 1Ω,R1 = 4Ω,R2 = 5Ω,C=30μF。在一段時(shí)間內(nèi),穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。求:

(1)螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小
(2)閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率
(3)S斷開后,流經(jīng)R2的電量

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

粗細(xì)均勻的電阻絲圍成圖所示的線框,置于正方形有界勻強(qiáng)磁場中,磁感強(qiáng)度為B,方向垂直于線框平面,圖中ab=bc=2cd=2de=2ef=2fa=2L現(xiàn)使線框以同樣大小的速度v勻速沿四個(gè)不同方向平動進(jìn)入磁場,并且速度方向始終與線框先進(jìn)入磁場的那條邊垂直,則在通過如圖所示位置時(shí),下列說法中正確的是
A.ab兩點(diǎn)間的電勢差圖①中最大B.ab兩點(diǎn)間的電勢差圖②中最大
C.回路電流圖③中最大D.回路電流圖④中最小

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R,軌道所在處有豎直向下的勻強(qiáng)磁場,金屬棒ab橫跨導(dǎo)軌,第一次用恒定的拉力F作用下由靜止開始向右運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí)速度為2v,第二次保持拉力的功率P恒定,由靜止開始向右運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí)速度為3v(除R外,其余電阻不計(jì),導(dǎo)軌光滑),在兩次金屬棒ab速度為v時(shí)加速度分別為a1、a2,則
A.a(chǎn)1a2B.a(chǎn)1a2
C.a(chǎn)1a2D.a(chǎn)1a2

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,等腰直角三角形AOB內(nèi)部存在著垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,OB在x軸上,長度為2L。紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導(dǎo)線框的一邊在x軸上,沿x軸正方向以恒定的速度穿過磁場區(qū)域。規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)閷?dǎo)線框中感應(yīng)電流的正方向,t=0時(shí)刻導(dǎo)線框正好處于圖示位置。則下面四幅圖中能正確表示導(dǎo)線框中感應(yīng)電流i隨位移x變化的是

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

在圖中直角坐標(biāo)系xOy的一,三象限內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向如圖所示.半徑為l,圓心角為60°的扇形導(dǎo)線框OPQ從圖示位置開始以ω= rad/s的角速度繞O點(diǎn)在xOy平面內(nèi)沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動.則在線框轉(zhuǎn)動一周的過程中,線框中感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化關(guān)系大致是下圖中的(設(shè)沿OPQ的電動勢方向?yàn)檎?(    )

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計(jì)算題

(15分)如圖所示,在平面的第一象限和第二象限區(qū)域內(nèi),分別存在場強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場Ⅰ和Ⅱ,電場Ⅰ的方向沿x軸正方向,電場Ⅱ的方向沿y軸的正方向。在第三象限內(nèi)存在著垂直于平面的勻強(qiáng)磁場Ⅲ,Q點(diǎn)的坐標(biāo)為(-x0,0)。已知電子的電量為-e,質(zhì)量為m(不計(jì)電子所受重力)。

(1)在第一象限內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子,電子經(jīng)勻強(qiáng)電場Ⅰ和Ⅱ后恰能透過Q點(diǎn)。求釋放點(diǎn)的位置坐標(biāo)x、y應(yīng)滿足的關(guān)系式;
(2)若要電子經(jīng)勻強(qiáng)電場Ⅰ和Ⅱ后過Q點(diǎn)時(shí)動能最小,電子應(yīng)從第一象限內(nèi)的哪點(diǎn)由靜止釋放?求該點(diǎn)的位置和過Q點(diǎn)時(shí)的最小動能。
(3)在滿足條件(2)的情況下,若想使電子經(jīng)過Q后再次到達(dá)y軸時(shí)離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為x0,求第三象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,由粗細(xì)均勻的導(dǎo)電材料做成的單匝矩形線框abcd的電阻為R,線框的質(zhì)量為m,高度為L、寬度為2L.若線框無初速度地從高處落下,下邊保持水平向下平動.在線框的下方,有一個(gè)上、下界面都是水平的勻強(qiáng)磁場區(qū),磁場區(qū)高度為2L,磁場方向與線框平面垂直.閉合線圈下落后,可勻速進(jìn)入磁場區(qū).對此,下列說法中正確的是
A.線圈ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí),感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→b→c→d→a
B.線圈ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí),a、b兩點(diǎn)間的電壓為
C.線圈在磁場以上,下落的高度為
D.線圈從開始下落到ab邊剛好離開磁場的過程中,電路中產(chǎn)生的電能為2mgL

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