精英家教網(wǎng)水平面內(nèi)固定一U形光滑金屬導(dǎo)軌,軌道寬d=2m,導(dǎo)軌的左端接有R=0.3Ω的電阻,導(dǎo)軌上放一阻值為R0=0.1Ω,m=0.1kg的導(dǎo)體棒ab,其余電阻不計(jì),導(dǎo)體棒ab用水平輕線通過定滑輪連接處于水平地面上質(zhì)量M=0.3kg的重物,空間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,如圖所示.已知t=0時(shí),B=1T,l=1m,此時(shí)重物上方的連線剛剛被拉直.從t=0開始,磁場以
△B△t
=0.1T/s均勻增加,取g=10m/s2.求:
(1)經(jīng)過多長時(shí)間t物體才被拉離地面.
(2)在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱Q.
分析:由法拉第電磁感應(yīng)定律可求出回路感應(yīng)電動勢和閉合電路歐姆定律可求出回路中電流,物體被拉動的臨界條件為F=Mg;在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱Q=I2R t.
解答:解:
(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可求出回路感應(yīng)電動勢
E=
△Φ
△t
=S
△B
△t
            ①
由閉合電路歐姆定律可求出回路中電流
I=
E
R0+R
                                 ②
在t時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為
B′=(B+
△B
△t
?t)                             ③
此時(shí)安培力為
F=B′ILab                                  ④
物體被拉動的臨界條件為
F=Mg                                      ⑤
由①②③④⑤式并代入數(shù)據(jù)得
t=20 s                                         ⑥
所以經(jīng)過t=20 s物體能被拉動.
(2)在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱
Q=I2R t                                       ⑦
由②⑥⑦式并代入數(shù)據(jù)得
Q=1.5 J                                       ⑧
答:(1)經(jīng)過20s物體才被拉離地面.
(2)在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱1.5J.
點(diǎn)評:本題是綜合性較強(qiáng)的題目,要根據(jù)題意逐步列式求解,會分析物體被拉離的條件.
練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

(2008?盧灣區(qū)模擬)辯析題水平面內(nèi)固定一U形光滑金屬導(dǎo)軌,軌道寬1m,導(dǎo)軌的左端接有R=0.4Ω的電阻,導(dǎo)軌上放一阻值為R0=0.1Ω的導(dǎo)體棒ab,其余電阻不計(jì),導(dǎo)體棒ab用水平線通過定滑輪吊著質(zhì)量M=0.2kg的重物,空間有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,如圖所示.已知t=0時(shí),B=1T,l=1m,此時(shí)物體在地面上且連線剛好被拉直,若磁場以
△B
△t
=0.1T/s增加,請問:經(jīng)過一段時(shí)間物體是否能被拉動?若不能,請說明理由;若能,請求出經(jīng)過多長時(shí)間物體才被拉動.
以下為某同學(xué)的解答:
因?yàn)榇┻^回路的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,ab受到向左的安培力作用.當(dāng)安培力大于或等于被吊物體的重力時(shí),重物才能被拉動.
回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=
△Φ
△t
=S?
△B
△t

ab受到向左的安培力為:F=BIL=
BLE
R0+R
,代入相關(guān)數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)安培力為恒力且F<Mg,因此該同學(xué)得出的結(jié)論是:所以無論經(jīng)過多長時(shí)間,物體都不能被拉動.
請問,該同學(xué)的結(jié)論是否正確?若正確,求出有關(guān)數(shù)據(jù),若不正確,請指出錯(cuò)誤所在并求出正確結(jié)果.

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(1)經(jīng)過多長時(shí)間t物體才被拉離地面.
(2)在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱Q.

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以下為某同學(xué)的解答:
因?yàn)榇┻^回路的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,ab受到向左的安培力作用.當(dāng)安培力大于或等于被吊物體的重力時(shí),重物才能被拉動.
回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:
ab受到向左的安培力為:,代入相關(guān)數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)安培力為恒力且F<Mg,因此該同學(xué)得出的結(jié)論是:所以無論經(jīng)過多長時(shí)間,物體都不能被拉動.
請問,該同學(xué)的結(jié)論是否正確?若正確,求出有關(guān)數(shù)據(jù),若不正確,請指出錯(cuò)誤所在并求出正確結(jié)果.

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(1)經(jīng)過多長時(shí)間t物體才被拉離地面.
(2)在此時(shí)間t內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的電熱Q.

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