如圖(1)所示,一邊長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m,電阻為R的金屬絲方框豎直放置在磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直方框平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨y的變化規(guī)律為B=B0+ky,k為恒定常數(shù),同一水平面上磁感應(yīng)強(qiáng)度相同.現(xiàn)將方框以初速度v0從O點(diǎn)水平拋出,重力加速度為g,不計(jì)阻力.

(1)通過(guò)計(jì)算確定方框最終運(yùn)動(dòng)的狀態(tài);
(2)若方框下落過(guò)程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E與下落高度y的關(guān)系如圖(2)所示,求方框下落H高度時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)能.
(1)線框中各條邊的電流相等,根據(jù)對(duì)稱性可知線框在水平方向所受合力為0,
導(dǎo)線框在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng);
設(shè)線框運(yùn)動(dòng)ts,下落h高度,豎直方向速度為vy,
切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=BLvy-BLvy ①,
磁感應(yīng)強(qiáng)度:B=B0+ky ②,
導(dǎo)線框中的電流I=
E
R
③,
由牛頓第二定律得:mg-(BLI-BLI)=ma ④,
由①②③④解得,a=g-
k2L4vy
mR
,
隨導(dǎo)線框在豎直方向受到的增加,加速度a減小,
當(dāng)a=0時(shí),導(dǎo)線框?qū)⒆鰟蛩僦本運(yùn)動(dòng),速度vym=
mRg
k2L4
;
因此導(dǎo)線框在豎直方向先做變加速運(yùn)動(dòng),最終做勻速直線運(yùn)動(dòng),
勻速運(yùn)動(dòng)的速度vym=
mRg
k2L4
;
最終方框勻速運(yùn)動(dòng),速度大小為v=
v2x
+
v2y
=
v20
+
m2R2g2
k4L8
,
設(shè)速度方向與x洲間的夾角是θ,tanθ=
vy
vx
,方向與x軸成arctan
mRg
v0k2L4

(2)由圖象可得線框下落H高度時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),
由能量守恒定律得:Q=mgH+
1
2
mv02-
1
2
mv2
Q=mgH-
m3R2g2
2k4L8
;
答:(1)方框最終做運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng).
(2)方框下落H高度時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)能是mgH-
m3R2g2
2k4L8
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

如圖所示,水平面上有一個(gè)動(dòng)力小車,在動(dòng)力小車上豎直固定著一個(gè)長(zhǎng)度L1、寬度L2的矩形線圈,線圈匝線為n,總電阻為R,小車和線圈的總質(zhì)量為m,小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程所受摩擦力為f.小車最初靜止,線圈的右邊剛好與寬為d(d>L1)的有界磁場(chǎng)的左邊界重合.磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)控制動(dòng)力小車牽引力的功率,讓它以恒定加速度a進(jìn)入磁場(chǎng),線圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)后,開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng),直至完全離開(kāi)磁場(chǎng),整個(gè)過(guò)程中,牽引力的總功為W.
(1)求線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中,感應(yīng)電流的最大值和通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量.
(2)求線圈進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的焦耳熱.
(3)寫出整個(gè)過(guò)程中,牽引力的功率隨時(shí)間變化的關(guān)系式.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:多選題

如圖所示,在一根軟鐵棒上繞有一個(gè)線圈,a、b是線圈的兩端,a、b分別與平行導(dǎo)軌M、N相連,有勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌面垂直,一根導(dǎo)體棒橫放在兩導(dǎo)軌上,要使a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高,則導(dǎo)體棒在兩根平行的導(dǎo)軌上應(yīng)該( 。
A.向左加速滑動(dòng)B.向左減速滑動(dòng)
C.向右加速滑動(dòng)D.向右減速滑動(dòng)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

如圖所示,在傾角θ=37°的光滑斜面上存在一垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域MNPQ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小5T,磁場(chǎng)寬度d=0.55m,有一邊長(zhǎng)1=0.4m,質(zhì)量m1=0.6kg,電阻R=2Ω的正方形均勻?qū)w線框abcd通過(guò)一輕質(zhì)細(xì)線跨過(guò)光滑的定滑輪與一質(zhì)量m2=0.4kg的物體相連,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,線框從圖示位置自由釋放,物塊到定滑輪的距離足夠長(zhǎng).(g=10m/s2)求:
(1)線框abcd還未進(jìn)入磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,細(xì)線拉力為多少?
(2)當(dāng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),求線框剛釋放時(shí)ab邊距磁場(chǎng)MN邊界的距離x多大?
(3)cd邊恰離開(kāi)磁場(chǎng)邊界PQ時(shí),速度大小為2m/s,求運(yùn)動(dòng)整過(guò)程中ab邊產(chǎn)生熱量Q為多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

如圖所示,水平地面上方的H高區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),水平界面PP′是磁場(chǎng)的上邊界,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向是水平的,垂直于紙面向里.在磁場(chǎng)的正上方,有一個(gè)位于豎直平面內(nèi)的閉合的矩形平面導(dǎo)線框abcd,ab長(zhǎng)為l1,bc長(zhǎng)為l2,H>l2,線框的質(zhì)量為m,電阻為R.使線框abcd從高處自由落下,ab邊下落的過(guò)程中始終保持水平,已知線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)情況是:cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)以后,線框先做加速運(yùn)動(dòng),然后做勻速運(yùn)動(dòng),直到ab邊到達(dá)邊界PP′為止.從線框開(kāi)始下落到cd邊剛好到達(dá)水平地面的過(guò)程中,線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求:
(1)線框abcd在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)線的某一橫截面的電荷量是多少?
(2)線框是從cd邊距邊界PP′多高處開(kāi)始下落的?
(3)線框的cd邊到達(dá)地面時(shí)線框的速度大小是多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng),分布在寬度均為L(zhǎng)的兩個(gè)相鄰區(qū)域中,磁場(chǎng)邊界為理想邊界,磁場(chǎng)方向垂直紙面,但方向相反.一個(gè)中垂線OP長(zhǎng)度為L(zhǎng)的等邊三角形導(dǎo)線框MPN從圖示位置(MN邊平行磁場(chǎng)邊界)勻速向右運(yùn)動(dòng).規(guī)定逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较,從圖中位置開(kāi)始計(jì)時(shí),在線框穿過(guò)兩磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,感應(yīng)電流i隨線框的位移x變化的圖象正確的是(  )
A.B.C.D.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

光滑M形導(dǎo)軌,豎直放置在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,已知導(dǎo)軌寬L=0.5m,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T.有阻值為0.5W的導(dǎo)體棒AB緊挨導(dǎo)軌,沿著導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下落,如圖所示,設(shè)串聯(lián)在導(dǎo)軌中的電阻R阻值為2Ω,其他部分的電阻及接觸電阻均不計(jì).問(wèn):
(1)導(dǎo)體棒AB在下落過(guò)程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向和AB棒受到的磁場(chǎng)力的方向.
(2)當(dāng)導(dǎo)體棒AB的速度為5m/s(設(shè)并未達(dá)到最大速度)時(shí),其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小各是多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

如圖,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿MN在平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng),MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為El;若磁感應(yīng)強(qiáng)度增為2B,其他條件不變,MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)镋2.則通過(guò)電阻R的電流方向及E1與E2之比El:E2分別為(  )
A.c→a,2:1B.a(chǎn)→c,2:1C.a(chǎn)→c,1:2D.c→a,1:2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

如圖,間距為L(zhǎng)=0.9m的兩金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),與水平面成37°角平行放置.導(dǎo)軌兩端分別接有電阻R1和R2,且R1=R2=10Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì).初始時(shí)S處于閉合狀態(tài),整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上.一根質(zhì)量為m=750g的導(dǎo)體棒ab擱放在金屬導(dǎo)軌上且始終與導(dǎo)軌接觸良好,棒的有效電阻為r=1Ω.現(xiàn)釋放導(dǎo)體棒,導(dǎo)體棒由靜止沿導(dǎo)軌下滑,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)棒的速率為v=1m/s,此時(shí)整個(gè)電路消耗的電功率為棒的重力功率的四分之三.取g=10m/s2,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)體棒中勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B;
(2)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;
(3)斷開(kāi)S后,導(dǎo)體棒的最終速率.

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案