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12.如圖所示,傾角θ=30°,寬度L=1m的足夠長的U形平行金屬導軌固定在磁感應強度B=1T,范圍足夠大勻強磁場中,磁場方向垂直導軌平面斜向上,現(xiàn)用一平行導軌F=7.5N的恒力作用一根質量m=0.2kg、電阻r=1Ω、垂直導軌的金屬棒ab,使其由靜止沿導軌向上移動(ab棒始終與導軌接觸良好且垂直,不計導軌電阻).導體棒與導軌間動摩擦因數(shù)為μ=$\frac{\sqrt{3}}{2}$,電阻R=2Ω.求:
(1)金屬棒達到的穩(wěn)定速度v及此時棒ab兩端的電勢差;
(2)若金屬棒在導軌上速度達到10m/s時,突然撤去F,此后金屬棒還能向上滑行,當上升高度h=0.5m時,時速度減為0,求從撤去F到棒ab速度減為0的過程中,金屬棒ab產生的焦耳熱.

分析 (1)棒在F作用下沿斜面向上加速運動,當棒上受的合力為0時,棒達到最大速度v,根據(jù)平衡條件和安培力與速度關系式,可求得穩(wěn)定速度v.根據(jù)歐姆定律求出ab兩端的電勢差.
(2)對導體棒運用動能定理列式,求出克服安培力做功,再根據(jù)功能關系求解金屬棒ab產生的焦耳熱.

解答 解:(1)棒在F作用下沿斜面向上加速運動,當棒上受的合力為0時,棒達到最大速度v,有
  F-mgsinθ-μmgcosθ-F=0
安培力 F=BIL
由閉合電路歐姆定律:I=$\frac{E}{R+r}$
由電磁感應定律:E=BLv
則得 F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$
以上各式得 v=$\frac{F-mgsinθ-μmgcosθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$(R+r)=15m/s
此時ab兩端的電勢差 Uab=IR=10V
(2)設撤去F起到ab棒速度減為0的過程,棒克服安培力做功為W,對導體棒由動能定理,得
-mgh-f$•\frac{h}{sinθ}$-W=0-$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$
代入數(shù)據(jù)得 W=7.5J,由功能關系,此過程電路中總焦耳熱 Q=W=7.5J
金屬棒發(fā)的焦耳熱 Q′=$\frac{r}{R+r}$Q=2.5J
答:(1)金屬棒達到的穩(wěn)定速度v為15m/s,此時棒ab兩端的電勢差是10V.
(2)金屬棒ab產生的焦耳熱是2.5J.

點評 解決本題的關鍵是明確導體棒穩(wěn)定時做的勻速運動,與汽車的起動類似,掌握安培力與速度的關系,并會運用能量守恒定律來解題焦耳熱.

練習冊系列答案
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2.狗拉雪橇,雪橇在水平冰面上做勻速圓周運動.如圖為雪橇運動到某位置時受到的合力F及滑動摩擦力f的示意圖(圖中O為圓心),其中正確的是( 。
A.B.C.D.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

3.兩波源S1、S2在水槽中形成的波形如圖所示,其中實線表示波峰,虛線表示波谷,則下列說法正確的是( 。
A.a點的振動始終加強B.a點的振動始終減弱
C.在兩波相遇的區(qū)域中會產生干涉D.在兩波相遇的區(qū)域中不會產生干涉

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

20.額定功率為80kW,質量為2×103kg的汽車在平直公路上行駛.假設汽車在運動過程中所受阻力大小恒為f=4.0×103N,g=10m/s2,求:
(1)汽車所能達到的最大速度v;
(2)如果汽車以2m/s2的加速度勻加速行駛,則汽車勻加速行駛能維持多長時間;
(3)如果汽車從靜止駛出,先以2m/s2的加速度勻加速至額定功率,再保持功率不變加速到最大速度,共經歷20s,則此過程中汽車行駛的距離為多少.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

7.如圖,設氫原子由n=3的狀態(tài)向n=2的狀態(tài)躍遷時放出能量為E的光子,則氫原子( 。
A.躍遷時可以放出或吸收能量為任意值的光子
B.由n=4的狀態(tài)向n=2的狀態(tài)躍遷時放出光子的能量大于E
C.由n=4的狀態(tài)向n=2的狀態(tài)躍遷時放出光子的能量小于E
D.由n=4的狀態(tài)向n=2的狀態(tài)躍遷時吸收光子的能量大于E

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

17.如圖所示是摩托車在水平路面上轉彎時的情形.摩托車轉彎時有一個最大安全速度,若超過此速度,摩托車將發(fā)生側滑.發(fā)生側滑的原因是( 。
A.摩托車受到的離心力小于其所需的向心力
B.摩托車受到的離心力大于其所需的向心力
C.摩托車受到沿半徑方向的合力小于其所需的向心力
D.摩托車受到沿半徑方向的合力大于其所需的向心力

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

4.“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖所示,質量m=1.00kg的重物自由下落.圖乙為紙帶上打出的一系列點,標注的數(shù)據(jù)是點A、B、C、D到起點0的距離.已知相鄰兩點的時間間隔為0.02s,取g=9.80m/s2

(1)下列器材中不必要是BC(填選項前的字母代號).
A.重物  B.天平  C.秒表  D.紙帶  E.毫米刻度尺
(2)下列說法正確的是BD(填選項前的字母代號).
A.打點計時器應接低直流電源          
B.應該選通電打點,然后釋放紙帶
C.選擇質量較小的重物,有利于減小誤差 
D.實驗的誤差,主要是下落過程中重物和紙帶受到的阻力而產生的
(3)如圖乙,若打點0時,重物的速度為零.那么,從打點0到打點C的過程中,重物的重力勢能減少量△Ep=7.62J,動能增加量△Ek=7.56J.(保留三位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

1.我國啟動“嫦娥工程”,并于2007年10月24日和2010年10月1日分別將“嫦娥一號”和“嫦娥二號”成功發(fā)射,“嫦娥三號”亦有望在2013年落月探測90天,并已給落月點起了一個富有詩意的名字-“廣寒宮”,我國科學家已經陸續(xù)展開了有關月球探測方面的研究和討論,月球正在成為我國科研的新大陸.若已知“嫦娥二號”衛(wèi)星繞月球運動的軌道半徑為r,繞月球運動的周期為T,月球的半徑R,衛(wèi)星繞月球的運動近似看做勻速圓周運動,請求出月球表面重力加速度g.

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2.氣墊導軌是常用的一種實驗儀器,開動氣泵后滑塊懸浮在導軌上,滑塊的運動可視為沒有摩擦.現(xiàn)用帶光電門C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來做“尋找碰撞中的守恒量”的實驗,步驟如下:
a.用天平分別測出滑塊A、B的質量mA(含遮光板)、mB(含自動鎖定裝置)
b.調整氣墊導軌,使導軌處于水平.
c.將A、B靜止放置在氣墊導軌上(如圖).
d.給A一定的初速度,AB碰后鎖定連在一起運動
e.記下滑塊A及AB連接體分別通過光電C和D的時間t1、t2
下面為三種猜想.請你用實驗測量量寫出待驗證的最簡等式:
猜想一:系統(tǒng)的合速度為守恒量,待驗證等式:t1=t2;
豬想二:系統(tǒng)的總動量為守恒量,待驗證等式:$\frac{{m}_{1}}{{t}_{1}}$=$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}}{{t}_{2}}$;
猜想三:系統(tǒng)的總動能為守恒量,待驗證等式:$\frac{{m}_{1}}{{t}_{1}^{2}}$=$\frac{{m}_{1}+{m}_{2}}{{t}_{2}^{2}}$.

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