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题目
题型:不详难度:来源:
如图所示,两根等高光滑的
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圆弧轨道,半径为r、间距为L,轨道电阻不计.在轨道顶端连有一阻值为R的电阻,整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B.现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻不计的金属棒从轨道的顶端ab处由静止开始下滑,到达轨道底端cd时受到轨道的支持力为2mg.整个过程中金属棒与导轨电接触良好,求:
(1)棒到达最低点时的速度大小和通过电阻R的电流.
(2)棒从ab下滑到cd过程中回路中产生的焦耳热和通过R的电荷量.
(3)若棒在拉力作用下,从cd开始以速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动,则在到达ab的过程中拉力做的功为多少?
答案
(1)到达最低点时,设棒的速度为v,产生的感应电动势为E,感应电流为I,则
2mg-mg=m
v2
r

金属棒产生的感应电动势 E=BLv
感应电流 I=
E
R

解得v=


gr
I=
BL


gr
R

(2)设产生的焦耳热为Q,由能量守恒定律有Q=mgr-
1
2
mv2

解得Q=
1
2
mgr

设产生的平均感应电动势为
.
E
,平均感应电流为
.
I
,通过R的电荷量为q,则
.
E
=
△ϕ
△t

.
I
=
.
E
R
q=
.
I
•△t

解得q=
BrL
R

(3)金属棒在运动过程中水平方向的分速度vx=v0cos(
v0
r
t)

金属棒切割磁感线产生正弦交变电流的有效值I=
BLv0


2
R

在四分之一周期内产生的热量Q=I2R•
πr
2v0

设拉力做的功为WF,由功能关系有WF-mgr=Q
解得WF=mgr+
πrB2L2v0
4R

答:
(1)棒到达最低点时的速度大小是


gr
,通过电阻R的电流是I=
BL


gr
R

(2)棒从ab下滑到cd过程中回路中产生的焦耳热是
1
2
mgr
,通过R的电荷量为
BrL
R

(3)若棒在拉力作用下,从cd开始以速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动,在到达ab的过程中拉力做的功为mgr+
πrB2L2v0
4R
核心考点
试题【如图所示,两根等高光滑的14圆弧轨道,半径为r、间距为L,轨道电阻不计.在轨道顶端连有一阻值为R的电阻,整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B.现有】;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
如图所示,M1N1N2M2是位于光滑水平桌面上的刚性U型金属导轨,导轨中接有阻值为R的电阻,它们的质量为m0.导轨的两条轨道间的距离为l,PQ是质量为m的金属杆,可在轨道上滑动,滑动时保持与轨道垂直,杆与轨道的接触是粗糙的,杆与导轨的电阻均不计.初始时,杆PQ于图中的虚线处,虚线的右侧为一匀强磁场区域,磁场方向垂直于桌面,磁感应强度的大小为B.现有一位于导轨平面内的与轨道平行的恒力F作用于PQ上,使之从静止开始在轨道上向右作加速运动.已知经过时间t,PQ离开虚线的距离为x,此时通过电阻的电流为I0,导轨向右移动的距离为x0(导轨的N1N2部分尚未进入磁场区域).求:
(1)杆受到摩擦力的大小?
(2)经过时间t,杆速度的大小v为多少?
(3)在此过程中电阻所消耗的能量.(不考虑回路的自感).
题型:不详难度:| 查看答案
如图所示,两条足够长的平行金属导轨相距L,与水平面的夹角为q,整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,虚线上方轨道光滑且磁场方向向上,虚线下方轨道粗糙且磁场方向向下.当导体棒EF以初速度v0沿导轨上滑至最大高度的过程中,导体棒MN一直静止在导轨上,若两导体棒质量均为m、电阻均为R,导轨电阻不计,重力加速度为g,在此过程中导体棒EF上产生的焦耳热为Q,求:
(1)导体棒MN受到的最大摩擦力;
(2)导体棒EF上升的最大高度.
题型:不详难度:| 查看答案
如图甲所示,MN、PQ为间距l=1m足够长的f行导轨,NQ⊥MN,导轨的电阻均不计.导轨平面与水平面问的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=4Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上,磁感应强度为B0=1T.将一质量为m=O.1kg电阻未知的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好.现由静止释放金属棒,当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度,已知在此过程中通过金属棒截面的电量q=0.2C,且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示,没金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.
(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2),求:
(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数μ.
(2)cd离NQ的距离x.
(3)金属捧滑行至cd处的过程中,电阻R上产生的热量.
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如图甲所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1Ω.质量为0.2kg的导体棒MN垂直于导轨放置,距离顶端1m,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示.先固定导体棒MN,2s后让MN由静止释放,运动一段时间后,小灯泡稳定发光.重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6.求
(1)1s时流过小灯泡的电流大小和方向;
(2)小灯泡稳定发光时消耗的电功率;
(3)小灯泡稳定发光时导体棒MN运动的速度.
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如图所示,两根完全相同的“V”字形导轨OPQ与KMN倒放在绝缘水平面上,两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置,其间距为L,电阻不计.两条导轨足够长,所形成的两个斜面与水平面的夹角都是α.两个金属棒ab和a′b′的质量都是m,电阻都是R,与导轨垂直放置且接触良好.空间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.
(1)如果两条导轨皆光滑,让a′b′固定不动,将ab释放,则ab达到的最大速度是多少?
(2)如果将ab与a′b′同时释放,它们所能达到的最大速度分别是多少?
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