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题目
题型:不详难度:来源:
如图,两根足够长的光滑固定平行金属导轨与水平面成θ角,导轨间距为d,两导体棒a和b与导轨垂直放置,两根导体棒的质量都为m、电阻都为R,回路中其余电阻不计.整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度的大小为B.在t=0时刻使a沿导轨向上作速度为v的匀速运动,同时将b由静止释放,b经过一段时间后也作匀速运动.已知d=1m,m=0.5kg,R=0.5Ω,B=0.5T,θ=30°,g取10m/s2,不计两导棒间的相互作用力.
(1)为使导体棒b能沿导轨向下运动,a的速度v不能超过多大?
(2)若a在平行于导轨向上的力F作用下,以v1=2m/s的速度沿导轨向上运动,试导出F与b的速率v2的函数关系式并求出v2的最大值;
(3)在(2)中,当t=2s时,b的速度达到5.06m/s,2s内回路中产生的焦耳热为13.2J,求该2s内力F做的功(结果保留三位有效数字).魔方格
答案
(1)设a的速度为v1,由于b初态速度为零,则  I=
E1
2R
=
Bdv1
2R
     ①
对b:FA=BId=
B2d2v1
2R
         ②
FA<mgsinθ  ③
将①②式代入③式得:v1<10m/s  ④
(2)设a的速度为v1,b的速度为v2,回路电流为I,
则:I=
E1+E2
2R
=
Bd(v1+v2)
2R
   ⑤
对a:mgsinθ+FA=F
即mgsinθ+
B2d2(v1+v2)
2R
=F
  ⑥
代入数据得:F=3+
v2
4
  
设b的最大速度为vm,则有:
B2d2(v1+vm)
2R
=mgsinθ

代入数据得:vm=8m/s
(3)对b:mgsinθ-FA=ma   
即mgsinθ-
B2d2(v1+v2)
2R
=ma

取任意无限小△t时间:mg△t•sinθ-
B2d2(v1+v2)
2R
•△t=ma•△t

代入数据并求和得:8∑△t-∑△x2=2∑△v2   
即8t-x2=2v2  
将t=2s,v2=5.06m/s代入上式得:x2=5.88m   
a的位移:x1=v1t=2×2=4m
由功能关系知:
WF=
1
2
m
v22
+mgx1sinθ-mgx2sinθ+Q

代入数据得:WF=14.9J 
答:(1)为使导体棒b能沿导轨向下运动,a的速度v不能超过10m/s;
(2)F与b的速率v2的函数关系式为F=3+
v2
4
,v2的最大值为8m/s;
(3)在2s内力F做的功为14.9J.
核心考点
试题【如图,两根足够长的光滑固定平行金属导轨与水平面成θ角,导轨间距为d,两导体棒a和b与导轨垂直放置,两根导体棒的质量都为m、电阻都为R,回路中其余电阻不计.整个装】;主要考察你对电磁感应中切割类问题等知识点的理解。[详细]
举一反三
将一个闭合矩形金属线框abcd放入如图所示的匀强磁场中,图中虚线表示磁场边界,在用力将线框abcd从磁场中以速度v匀速拉出的过程中,下列说法正确的是(  )
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A.拉线框的速度越大,通过导线横截面的电量越多
B.磁场越强,拉力做的功越多
C.拉力做功多少与线框的宽度bc无关
D.线框电阻越大,拉力做的功越多
如图所示,宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上,框架的上端接有一特殊的电子元件,如果将其作用等效成一个电阻,则其阻值与其两端所加的电压成正比,即等效电阻R=kU,式中k为恒量.框架上有一质量为m的金属棒水平放置,金属棒与框架接触良好无摩擦,离地高为h,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面相垂直.将金属棒由静止释放,棒沿框架向下运动.不计金属棒电阻,问:
(1)金属棒运动过程中,流过棒的电流多大?方向如何?
(2)金属棒经过多长时间落到地面?
(3)金属棒从释放到落地过程中在电子元件上消耗的电能多大?魔方格
如图,在水平桌面上放置两条相距l、电阻不计的平行光滑金属导轨ab、cd,阻值为R的电阻与导轨的α、c端相连.质量为m电阻不计的滑杆MN垂直于导轨并可在导轨上滑动.整个装置放于竖直方向的匀强磁场中,磁感应强度的大小为B.滑杆的中点系一不可伸长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与另一质量也为m的物块相连,绳处于拉直状态.现从静止开始释放物块,若当物块下落高度h=2m2gR2/(Bl) 4时恰好达到最大速度,用g表示重力加速度,则下列说法不正确的是(   )
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A.物块最大速度为mgR/(Bl)2
B.物块最大速度为mgR/(Bl)2
C.在此过程中电阻R放出的热量为m3g2R2/(Bl)4
D.物块达到最大速度时刻,电阻R消耗的功率为mg2R/(Bl)2
在光滑水平面上,有一个粗细均匀的单匝正方形线圈abcd,现在外力的作用下从静止开始向右运动,穿过固定不动的有界匀强磁场区域,磁场的磁感应强度为B,磁场区域的宽度大于线圈边长.测得线圈中产生的感应电动势ε的大小和运动时间变化关系如图.已知图象中三段时间分别为△t1、△t2、△t3,且在△t2时间内外力为恒力.

魔方格

(1)定性说明线圈在磁场中向右作何种运动?
(2)若线圈bc边刚进入磁场时测得线圈速度v,bc两点间电压U,求△t1时间内,线圈中的平均感应电动势.
(3)若已知△t1:△t2:△t3=2:2:1,则线框边长与磁场宽度比值为多少?
(4)若仅给线圈一个初速度v0使线圈自由向右滑入磁场,试画出线圈自bc边进入磁场开始,其后可能出现的v-t图象.(只需要定性表现出速度的变化,除了初速度v0外,不需要标出关键点的坐标)
如图,竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间 OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场上边边界相距d0.现使ab棒由静止开始释放,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平,导轨电阻不计).求:
(1)棒ab在离开磁场下边界时的速度
(2)棒ab在通过磁场区的过程中系统内产生的焦耳热.魔方格