8.相距為L的兩光滑平行導(dǎo)軌豎直放置,上端連接阻值為R的電阻,導(dǎo)軌的下部處在磁惑應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向如圖所示的有界勻強(qiáng)磁場中,磁場的上、下邊界水平.且寬度為d質(zhì)量為m,阻值為r的導(dǎo)體棒MN從磁場上邊界以上的某處靜止釋放,運(yùn)動(dòng)過程中,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終垂直,不計(jì)導(dǎo)軌的電阻.
(1)若導(dǎo)體棒剛進(jìn)人磁場時(shí)恰好做勻速運(yùn)動(dòng),求導(dǎo)體棒開始下落時(shí)距磁場上邊界的高度h;
(2)若導(dǎo)體棒做如(1)所述的運(yùn)動(dòng),則它在通過磁場的整個(gè)過程中,電阻R上的發(fā)熱量Q及通過導(dǎo)體棒的電量q各是多少?

分析 (1)應(yīng)用安培力公式求出安培力,然后應(yīng)用平衡條件求出導(dǎo)體棒的速度,導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場前做自由落體運(yùn)動(dòng),應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)的速度位移公式可以求出導(dǎo)體棒下落的高度.
(2)導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng),應(yīng)用能量守恒定律可以求出電阻R上產(chǎn)生的熱量;應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律與電流的定義式可以求出電荷量.

解答 解:(1)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢:E=BLv,
感應(yīng)電流:I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{BLv}{R+r}$,
導(dǎo)體棒受到的安培力:F=BId=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$,
導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng),處于平衡狀態(tài),由平衡條件得:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$=mg,
解得:v=$\frac{mg(R+r)}{{B}^{2}{L}^{2}}$,
導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場前做自由落體運(yùn)動(dòng),由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式得:h=$\frac{{v}^{2}}{2g}$=$\frac{{m}^{2}g(R+r)^{2}}{2{B}^{4}{L}^{4}}$;
(2)導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒的速度不變,動(dòng)能不變,導(dǎo)體棒減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為焦耳熱,由能量守恒定律得:
Q=mgd,QR=$\frac{R}{R+r}$Q,
解得:QR=$\frac{mgdR}{R+r}$;
由法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=$\frac{△Φ}{△t}$=$\frac{B△S}{△t}$=$\frac{BLd}{△t}$,
感應(yīng)電流:I=$\frac{E}{R+r}$,
通過導(dǎo)體棒的電荷量:q=I△t,
解得:q=$\frac{BLd}{R+r}$;
答:(1)若導(dǎo)體棒剛進(jìn)人磁場時(shí)恰好做勻速運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒開始下落時(shí)距磁場上邊界的高度h為$\frac{{m}^{2}g(R+r)^{2}}{2{B}^{4}{L}^{4}}$;
(2)若導(dǎo)體棒做如(1)所述的運(yùn)動(dòng),則它在通過磁場的整個(gè)過程中,電阻R上的發(fā)熱量Q為$\frac{mgdR}{R+r}$,通過導(dǎo)體棒的電量q是$\frac{BLd}{R+r}$.

點(diǎn)評 本題是一道電磁感應(yīng)、電路與力學(xué)相結(jié)合的綜合題,分析清楚導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)過程、知道導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是 解題的關(guān)鍵,應(yīng)用E=BLv、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、能量守恒定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可以解題.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

11.如圖所示,一個(gè)光滑的板與光滑墻壁鉸連,一個(gè)小球靜止于墻壁和板之間,與墻壁的正壓力為N1,與板的正壓力為N2,若緩慢向下板逐漸達(dá)到水平,在此過程中,N1,N2如何變化.

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19.同一水平面上的兩根正對平行金屬直軌道MN,M′N′,如圖所示放置,兩軌道之間的距離l=0.5m,兩軌道之間距離l=0.5m.軌道的MN′端之間接一阻值R=0.4Ω的定值電阻,軌道的電阻可忽略不計(jì),MN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP,N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為R0=0.5m,水平直軌道MR,M′R′段粗糙,RN,R′N′段光滑,且RNN′R′區(qū)域恰好處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度R=0.64T,磁場區(qū)域的寬度d=1m,且其右邊界與NN′重合,現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.2kg,電阻r=0.1Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場左邊界S=0.2kg,電阻r=0.1Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場左邊界S=2m處,在與桿垂直的水平恒力F=2N作用下開始運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體桿ab與粗糙導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場的左邊界時(shí)撤去F,結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能通過半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′.已知導(dǎo)體桿在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道始終垂直且接觸良好,取g=10m/s2
(1)導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場時(shí),通過導(dǎo)體桿上的電流大小法方向.
(2)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中通過電阻R上的電荷量
(3)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱.

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16.如圖所示,理想變壓器輸入電壓U1一定,兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3,當(dāng)把同一電阻先后接在a、b間和c、d間時(shí),通過電阻的電流和電阻兩端的電壓分別為i2,u2和 i3,u3,變壓器輸入的電流分別為則I1和I'則( 。
A.$\frac{{u}_{2}}{{u}_{3}}$=$\frac{{n}_{2}}{{n}_{3}}$B.$\frac{{i}_{2}}{{i}_{3}}$=$\frac{{n}_{3}}{{n}_{2}}$
C.$\frac{{i}_{1}}{{i}_{1}^{1}}$=$\frac{{n}_{2}^{2}}{{n}_{3}^{2}}$D.u1(i1+i1′)=u2i2+u3i3

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3.如圖所示,Q1和Q2是兩個(gè)電荷量大小相等的點(diǎn)電荷,MN是兩電荷的連線,HG是兩電荷連線的中垂線,O是垂足,下列說法不正確的是( 。
A.若兩電荷是異種電荷,則OM的中點(diǎn)與ON的中點(diǎn)電場強(qiáng)度一定相等
B.若兩電荷是異種電荷,則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小,與MN上各點(diǎn)相比是最小的,而與HG上各點(diǎn)相比是最大的
C.若兩電荷是同種電荷,則OM中點(diǎn)與ON中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度方向不同
D.若兩電荷是同種電荷,則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小,與MN上各點(diǎn)相比是最小的,與HG上各點(diǎn)相比是最大的

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13.一輛汽車在公路上勻速行駛,發(fā)現(xiàn)前方有障礙物必須停車,開始剎車后位移變化規(guī)律為S=16t-2t 2,則下列說法中正確的是( 。
A.汽車停止時(shí)間為4s
B.t=6s時(shí),汽車的位移S=24m
C.汽車剎車位移為16m
D.汽車初速度為32m/s,加速度為-4m/s2

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

20.物體由A向B做勻變速直線運(yùn)動(dòng),所用時(shí)間為t,在$\frac{t}{2}$時(shí)到達(dá)D點(diǎn),C為AB的中點(diǎn),以vC和vD分別表示物體在C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)的速度,以下敘述中正確的是(  )
A.若物體做勻加速運(yùn)動(dòng),則vC>vD
B.若物體做勻減速運(yùn)動(dòng),則vC>vD
C.不論物體做勻加速運(yùn)動(dòng),還是做勻減速運(yùn)動(dòng),都有vC<vD
D.如果不確定物體做勻加速運(yùn)動(dòng)或勻減速運(yùn)動(dòng),則無法比較vC和vD的大小

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17.有下列幾種情景,請根據(jù)所學(xué)知識(shí)選擇對情景的分析和判斷正確的說法( 。
①點(diǎn)火后即將升空的火箭 
②高速公路上高速行駛的轎車為避免事故緊急剎車
③太空中的空間站在繞地球做勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 
④磁懸浮列車在軌道上高速行駛.
A.因火箭還沒運(yùn)動(dòng),所以加速度為零
B.轎車緊急剎車,速度變化很快,但加速度很小
C.盡管空間站勻速轉(zhuǎn)動(dòng),加速度也不為零
D.高速行駛的磁懸浮列車,因速度很大,所以加速度也一定很大

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18.如圖所示,小船沿直線MN過河,船頭始終垂直于河岸.若水流速度減小,為保持航線不變,下列措施與結(jié)論正確的是( 。
A.增大船速,過河時(shí)間不變B.增大船速,過河時(shí)間縮短
C.減小船速,過河時(shí)間不變D.減小船速,過河時(shí)間變長

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