如圖甲所示,平行光滑導(dǎo)軌AB、CD傾斜放置,與水平面間的夾角為,間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌下端B、C間用電阻R=2r相連。一根質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒MN垂直放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌接觸良好,方向始終平行于水平地面。在導(dǎo)軌間的矩形區(qū)域EFGH內(nèi)存在長(zhǎng)度也為L(zhǎng)、垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示。t=0時(shí)刻由靜止釋放導(dǎo)體棒MN,恰好在t1時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)EFGH并做勻速直線運(yùn)動(dòng)。求:
(1)導(dǎo)體棒MN進(jìn)入磁場(chǎng)前,電阻R兩端的電壓U;
(2)導(dǎo)體棒MN在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v和勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。
(1)(2)
【解析】
試題分析:(1)MN進(jìn)入磁場(chǎng)前受重力、導(dǎo)軌支持力做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入磁場(chǎng)前磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻增加,因此MNBC回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,由法拉第電磁感應(yīng)定律可求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
(2)MN進(jìn)入磁場(chǎng)后磁場(chǎng)恒定,但MN切割磁感線在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此MN此時(shí)受安培力作用而平衡,即,產(chǎn)生的熱量可由焦耳定律求出。
解答過(guò)程:(1)導(dǎo)體棒MN進(jìn)入磁場(chǎng)前,回路MNBC中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì), 由法拉第電磁但應(yīng)定律得:
2分
根據(jù)閉合電路歐姆定律得:
2分
電阻R兩端的電壓為:
2分
(2)導(dǎo)體棒MN進(jìn)入磁場(chǎng)后,以速度v作勻速直線運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)為B1恒定不變,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:
2分
根據(jù)閉合電路歐姆定律,導(dǎo)體棒中的電流為:
2分
由導(dǎo)體棒MN受力平衡得:
2分
解得:
2分
導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為:
2分
電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為:
2分
考點(diǎn):本題考查了法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、安培力計(jì)算公式及在安培力作用下的平衡問(wèn)題、焦耳定律等
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
A、A達(dá)到最大速度時(shí)的位移
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B、拉力F的最小值為mgsinθ+ma | ||||
C、A、B分離時(shí)t1=
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D、A、B分離前,A、B和彈簧系統(tǒng)機(jī)械能增加,A和彈簧系統(tǒng)機(jī)械能增加 |
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
A、平行于斜面向上的拉力F一直增大 | ||
B、外力施加的瞬間,P、Q間的彈力大小為m(gsinθ-a) | ||
C、從O開(kāi)始到t1時(shí)刻,彈簧釋放的彈性勢(shì)能為
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D、t2時(shí)刻彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng),物塊Q達(dá)到速度最大值 |
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:
A、外力施加的瞬間,A、B間的彈力大小為m(gsinθ-a) | ||
B、t2時(shí)刻,彈簧形變量為
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C、t2時(shí)刻彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng),物塊A達(dá)到速度最大值 | ||
D、從開(kāi)始到t1時(shí)刻,拉力F做的功比彈簧釋放的勢(shì)能少
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