【題目】如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)且平行的光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成α=53°角,導(dǎo)軌寬L=0.8m,導(dǎo)軌間接一阻值為3Ω的電阻R0,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。在虛線下方區(qū)域有一足夠大、與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為m=0.01kg、電阻為R=2Ω,垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好,F(xiàn)從圖中的M處將a由靜止釋放,它恰能勻速進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,設(shè)M到磁場(chǎng)邊界的距離為s0。(sin53°=0.8,重力加速度g10m/s2),求:

(1)s0的大;

(2)調(diào)整導(dǎo)體棒a的釋放位置,設(shè)釋放位置到磁場(chǎng)邊界的距離為x,分別就x=s0、x>s0 x< s0三種情況分析、討論導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,通過(guò)電阻R的電流變化情況。

【答案】(1)0.39m(2)當(dāng)x=s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng),通過(guò)電阻R的電流I保持不變,大小為0.2A

當(dāng)x>s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,FA> mgsinα,做減速運(yùn)動(dòng),FA減小,加速度減小,做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),速度趨于2.5m/s。所以,通過(guò)電阻R的電流減小,越來(lái)越接近0.2A。

當(dāng)x<s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,FA< mgsinα,做加速運(yùn)動(dòng),FA增大,加速度減小,做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),速度趨于2.5m/s。所以,通過(guò)電阻R的電流增大,越來(lái)越接近0.2A。

【解析】試題分析:對(duì)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后進(jìn)行受力分析,受安培力、重力和支持力,根據(jù)平衡方程求出速度,根據(jù)牛頓第二定律速度與位移關(guān)系求出位移;根據(jù)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流 的表達(dá)式,再分別就x=s0、x>s0 x< s0三種情況分析進(jìn)行求解。

(1)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,在沿斜面方向受到重力的分力和安培力的作用,做勻速運(yùn)動(dòng),所以mgsinα= FA

其中

代入數(shù)據(jù)解得:

金屬棒未進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),沿斜面方向上僅受重力的分力作用,做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)

根據(jù)牛頓第二定律:mgsinα=ma,得a=gsinα=10×0.8m/s2=8 m/s2

金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)

根據(jù)速度與位移關(guān)系:v2=2as0,代入數(shù)據(jù)解得:

(2)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)

感應(yīng)電流 ,因此有 I v

當(dāng)x=s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng),通過(guò)電阻R的電流I保持不變,大小為:

當(dāng)x>s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,FA> mgsinα,做減速運(yùn)動(dòng),FA減小,加速度減小,做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),速度趨于2.5m/s。所以,通過(guò)電阻R的電流減小,越來(lái)越接近0.2A

當(dāng)x<s0時(shí),導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,FA< mgsinα,做加速運(yùn)動(dòng),FA增大,加速度減小,做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),速度趨于2.5m/s。所以,通過(guò)電阻R的電流增大,越來(lái)越接近0.2A。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】下列說(shuō)法正確的是( )

A. 甲用力把乙推倒而自己不倒,說(shuō)明只是甲對(duì)乙有力的作用,乙對(duì)甲沒(méi)有力的作用

B. 只有運(yùn)動(dòng)的物體才會(huì)受到力的作用

C. 找不到施力物體的力是不存在的

D. 力離不開(kāi)施力物體和受力物體而獨(dú)立存在

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖為氫原子的能級(jí)示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)原子向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說(shuō)法正確的是

A. 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的

B. 頻率最小的光是由n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)產(chǎn)生的

C. 這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光

D. n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射出的光去照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)

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【題目】圖(a)為一列簡(jiǎn)諧橫波在t=2s時(shí)的波形圖,圖(b)為媒質(zhì)中平衡位置在x=1.5m處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像,P是平衡位置為x=2m的質(zhì)點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是

A. 波速為0.5m/s

B. 波的傳播方向向右

C. 0~2s時(shí)間內(nèi),P運(yùn)動(dòng)的路程為8cm

D. 0~2s時(shí)間內(nèi),P向y軸正方向運(yùn)動(dòng)

E. 當(dāng)t=7s時(shí),P恰好回到平衡位置

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】關(guān)于彈力,下述說(shuō)法中正確的是

A. 物體的形變是產(chǎn)生彈力的必要條件

B. 放在水平地面上的箱子,它對(duì)地面的壓力就是箱子的重力

C. 彈簧的彈力總與其伸長(zhǎng)量成正比,不需要任何條件

D. 壓力和支持力都是彈力,它們的方向都與支持面垂直

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】關(guān)于做曲線運(yùn)動(dòng)的物體,下列說(shuō)法中正確的是

A.它所受的合外力一定不為零 B.它所受的合外力一定是變力

C.其速度可以保持不變 D.其動(dòng)能可以保持不變

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,一物體在外力F作用下,從A到E做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),已知在B點(diǎn)時(shí)的速度與加速度相互垂直,則下列說(shuō)法中正確的是( )

A.物體在A點(diǎn)處的速度最小

B.物體在B點(diǎn)處的速度最小

C.物體從A到D的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速率先減小后增大

D.物體從A到D的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中外力F做功的功率一直增大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示的變壓器的原線圈1接到220 V的交流電源上副線圈2的匝數(shù)n2=30,與一個(gè)“12 V 12 W”的燈泡L連接,L能正常發(fā)光副線圈3的輸出電壓U3=110 V,與電阻R連接通過(guò)R的電流為0.4 A,

(1)副線圈3的匝數(shù)n3 .

(2)原線圈1的匝數(shù)n1和電流I1.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,真空中有直角坐標(biāo)系xOy,在y軸上固定著關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱的等量異號(hào)點(diǎn)電荷+Q和-Q,O為坐標(biāo)原點(diǎn),A、B、C為坐標(biāo)軸上的三點(diǎn),A點(diǎn)和B點(diǎn)在x軸上關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱,C點(diǎn)在y軸上,下列說(shuō)法正確的是

A.單位正電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能等于在B的電勢(shì)能

B.C點(diǎn)的電勢(shì)小于A點(diǎn)的電勢(shì)

C.負(fù)電荷從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)電場(chǎng)力做正功

D.單位正電荷從C點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)與從C移動(dòng)到B點(diǎn),電場(chǎng)力做的功相同

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