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精英家教網如圖所示,光滑平行的水平金屬導軌MNPQ相距L,在M點和P點間接一個阻值為R的電阻,在兩導軌間OO1O1′O矩形區(qū)域內有垂直導軌平面豎直向下、寬為d的勻強磁場,磁感強度為B.一質量為m,電阻為r的導體棒ab,垂直擱在導軌上,與磁場左邊界相距d0.現(xiàn)用一大小為F、水平向右的恒力拉ab棒,使它由靜止開始運動,棒ab在離開磁場前已經做勻速直線運動(棒ab與導軌始終保持良好的接觸,導軌電阻不計).求:
(1)在圖中標出當棒ab進入磁場后流過電阻R的電流方向;
(2)棒ab在離開磁場右邊界時的速度;
(3)棒ab通過磁場區(qū)的過程中整個回路所消耗的電能.
分析:(1)由右手定則可以判斷出感應電流的方向;
(2)由E=BLv求出感應電動勢、由歐姆定律求出電流、最后由安培力公式求出安培力;
(3)由能量守恒定律求出回路消耗的電能.
解答:解:(1)由右手定則可知,通過導體棒ab的電流由b流向a,則流過電阻R的電流方向由M指向P;
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(2)ab棒離開磁場右邊界前做勻速運動,設速度為vm
則:E=Blvm,I=
E
R+r

導體棒受到的安培力:FB=BIL,
對ab棒勻速運動有平衡條件得:F=FB=BIL,
解得:vm=
F(R+r)
B2l2

(3)對ab棒從啟動到離開磁場右界,
由能量守恒可得:F(d0+d)=W+
1
2
m
v
2
m
,
解得,回路中消耗的電能:W=F(d0+d)-
mF2(R+r)2
2B4l4
;
答:(1)電流方向如圖所示;(2)棒ab在離開磁場右邊界時的速度為
F(R+r)
B2L2
;(3)棒ab通過磁場區(qū)的過程中整個回路所消耗的電能F(d0+d)-
mF2(R+r)2
2B4l4
點評:此題考察了導體棒在磁場中運動,在安培力作用下能量的轉化問題,和安培力作用下的運動情況.
練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,光滑平行的金屬導軌MN和PQ,間距為L,與水平面之間的夾角α,勻強磁場磁感應強度為B,垂直于導軌平面向上,MP間接有阻值為R的電阻,電阻為r、質量為m的金屬桿ab垂直導軌放置,其它電阻不計,若給金屬桿ab平行斜面向上以速度v0,使之沿斜面開始運動,上升的最大高度為h,經過一段時間金屬棒ab又回到出發(fā)點,則( 。

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,光滑平行的金屬導軌MN和PQ,間距L=1.0m,與水平面之間的夾角α=30°,勻強磁場磁感應強度B=2.0T,垂直于導軌平面向上,MP間接有阻值R=2.0Ω的電阻,其它電阻不計,質量m=2.0kg的金屬桿ab垂直導軌放置,用變力F沿導軌平面向上拉金屬桿ab,若金屬桿ab以恒定加速度a=2m/s2,由靜止開始做勻變速運動,則:(g=10m/s2
(1)在5s內平均感應電動勢是多少?
(2)第5s末,回路中的電流多大?
(3)第5s末,作用在ab桿上的外力F多大?

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科目:高中物理 來源: 題型:

(2013?南通二模)如圖所示,光滑平行的長金屬導軌固定在水平面上,相距L=1m,左端連接R=2Ω電阻,一質量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導體棒MN垂直放置在兩平行金屬導軌上,彼此電接觸良好,導軌的電阻不計.在兩導軌間有這樣的磁場:0≤x≤0.5m區(qū)間,磁場方向豎直向下,磁感應強度B大小隨x變化關系是B=0.6sin
πx2xn
(T)
,x0=0.5m;0.5m<x≤1m區(qū)間,磁場方向豎直向上,兩區(qū)域磁感應強度大小關于直線x=0.5m對稱.
(1)導體棒在水平向右的拉力F作用下,以速度v0=1m/s勻速穿過磁場區(qū),求此過程中感應電流的最大值Im
(2)在(1)的情況下,求棒穿過磁場過程中拉力做的功W以及電阻R上產生的熱量QR
(3)若只給棒一個向右的初速度從O點進入磁場并最終穿出磁場區(qū),它經過x=0.75m點時速度v=5m/s,求棒經過該點時的加速度a.

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科目:高中物理 來源: 題型:

(2010?重慶模擬)如圖所示,光滑平行的金屬導軌MN、PQ相距L=0.8m,其框架平面與水平面成.θ=30°,在M點和P點間接一個阻值為R=1.80Ω的電阻,在兩一導軌間矩形區(qū)域00101′0′內有垂直導軌平面向下、寬為d=0.6m的勻強磁場,磁感應強度為B=lT.一質量為m=0.16kg、電阻為r=0.2Ω的導體棒ab,垂直擱置于導軌上,與磁場上邊界相距d0=0.4m,現(xiàn)使它由靜止開始運動,在棒ab離開磁場前已經做勻速直線運動(棒ab與導軌始終保持良好的接觸,導軌電阻不計,g=l0m/s2)求:
(1)棒ab在進人磁場上邊界時的速度;
(2)棒ab在磁場中作勻速運動時產生的感應電動勢;
(3)棒ab通過磁場區(qū)域過程中整個電路所產生的熱量.

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