【題目】如圖,光滑斜面的傾角α=30°,在斜面上放置一矩形線框abcd,ab邊的邊長(zhǎng)l1=1m,bc邊的邊長(zhǎng)l2=0.6m,線框的質(zhì)量m=1kg,電阻R=0.1Ω,線框通過細(xì)線與重物相連,重物質(zhì)量M=2kg,斜面上ef線(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的,ef線和gh的距離s=11.4m,(取g=10.4m/s2),求:

(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度;
(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v;
(3)ab邊由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh線處所用的時(shí)間t;
(4)ab邊運(yùn)動(dòng)到gh線處的速度大小和在線框由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh線的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱.

【答案】
(1)解:線框進(jìn)入磁場(chǎng)前,線框僅受到細(xì)線的拉力FT,斜面的支持力和線框重力,重物M受到重力和拉力FT

對(duì)線框,由牛頓第二定律得 FT﹣mg sinα=ma.

聯(lián)立解得線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度 =5m/s2

答:線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度是5m/s2;


(2)解:因?yàn)榫框進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)

所以重物受力平衡 Mg=FT′,

線框abcd受力平衡,則 FT′=mg sinα+FA

ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Bl1v

形成的感應(yīng)電流

受到的安培力 FA=BIl1

聯(lián)立上述各式得,Mg=mg sinα+

代入數(shù)據(jù)解得v=6 m/s

答:線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v是6m/s;


(3)解:線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前時(shí),做勻加速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)磁場(chǎng)的過程中,

做勻速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)入磁場(chǎng)后到運(yùn)動(dòng)到gh線,仍做勻加速直線運(yùn)動(dòng).

進(jìn)磁場(chǎng)前線框的加速度大小與重物的加速度相同,為a=5 m/s2

該階段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

進(jìn)磁場(chǎng)過程中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間

線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后線框受力情況同進(jìn)入磁場(chǎng)前,所以該階段的加速度仍為a=5m/s2

解得:t3=1.2 s

因此ab邊由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh線所用的時(shí)間為 t=t1+t2+t3=2.5s

答:ab邊由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh線處所用的時(shí)間是2.5s;


(4)解:線框ab邊運(yùn)動(dòng)到gh處的速度v′=v+at3=6 m/s+5×1.2 m/s=12 m/s

整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的焦耳熱 Q=FAl2=(Mg﹣mgsinθ)l2=9 J

答:ab邊運(yùn)動(dòng)到gh線處的速度大小和在線框由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh線的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱是9J.


【解析】(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前,對(duì)線框和重物整體,根據(jù)牛頓第二定律求解加速度.(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律推導(dǎo)出安培力表達(dá)式,再根據(jù)平衡條件列式,即可求出勻速運(yùn)動(dòng)的速度v;(3)線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前時(shí),做勻加速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)磁場(chǎng)的過程中,做勻速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)入磁場(chǎng)后到運(yùn)動(dòng)到gh線,仍做勻加速直線運(yùn)動(dòng).根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可確定運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;(4)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出ab邊運(yùn)動(dòng)到gh線處的速度.M的重力勢(shì)能減小轉(zhuǎn)化為m的重力勢(shì)能和線框中的內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律求解焦耳熱.
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解功能關(guān)系的相關(guān)知識(shí),掌握當(dāng)只有重力(或彈簧彈力)做功時(shí),物體的機(jī)械能守恒;重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能的減少:W G =E p1 -E p2;合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化:W =E k2 -E k1 (動(dòng)能定理);除了重力(或彈簧彈力)之外的力對(duì)物體所做的功等于物體機(jī)械能的變化:W F =E 2 -E 1,以及對(duì)電磁感應(yīng)與力學(xué)的理解,了解用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向;求回路中電流強(qiáng)度;分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力,用左手定則確定其方向);列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖是簡(jiǎn)易報(bào)警裝置,其原理是:導(dǎo)熱性能良好的豎直細(xì)管中裝有水銀,當(dāng)溫度升高時(shí),水銀柱上升,使電路導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。27℃時(shí),空氣柱長(zhǎng)度L1為20cm,水銀柱上表面與導(dǎo)線下端的距離L2為10cm,管內(nèi)水銀柱高h為5cm,大氣壓強(qiáng)p0為75.5cmHg。

(1)當(dāng)溫度達(dá)到多少時(shí),報(bào)警器會(huì)報(bào)警?

(2)若要使該裝置在102℃時(shí)報(bào)警,應(yīng)該再往管內(nèi)注入多高的水銀柱?

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示的電路中,A1和A2是兩個(gè)相同的燈泡,線圈L自感系數(shù)足夠大,電阻可以忽略不計(jì).下列說法中正確的是( )

A.合上開關(guān)S時(shí),A2先亮,A1后亮,最后一樣亮
B.斷開開關(guān)S時(shí),A1和A2都要過一會(huì)兒才熄滅
C.斷開開關(guān)S時(shí),A2閃亮一下再熄滅
D.斷開開關(guān)S時(shí),流過A2的電流方向向右

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【題目】如圖所示,有帶電平行板電容器豎直放置,兩板之間距離d=0.10m,電勢(shì)差U=2.0×103V。一個(gè)質(zhì)量為m=0.40g,帶正電q=1.0×10-7C的小球用長(zhǎng)L=1.0×10-2m的絕緣絲線懸掛于電容器內(nèi)部的O點(diǎn),現(xiàn)將小球拉到絲線呈水平伸直的位置A,然后無初速釋放,假如小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)正下方B處時(shí),線恰被拉斷,以后發(fā)現(xiàn)小球恰能通過B點(diǎn)正下方的C處,g10m/s2,試求:

(1)絕緣絲線所能承受的最大拉力;

(2)小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EKC為多少?

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【題目】一勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向平行于xoy平面,平面內(nèi)三點(diǎn)位置如圖所示,三點(diǎn)的電勢(shì)分別為、,下列說法正確的是(

A. 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為

B. 坐標(biāo)原點(diǎn)處的電勢(shì)為

C. 電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的低

D. 電子從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn),電場(chǎng)力做功為

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】1931年英國(guó)物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言:存在只有一個(gè)磁極的粒子,即磁單極子。如圖所示為一個(gè)N磁單極子形成的磁場(chǎng),將一個(gè)半徑為r、質(zhì)量為m的導(dǎo)體線圈水平放置在該磁單極子的正上方,線圈所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,與圓環(huán)相切的磁感線與豎直方向的夾角為30°,重力加速度大小為g,若線圈恰好在該位置懸浮,則線圈中電流的大小為(

A. B. C. D.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,兩根和水平方向成α角的光滑平行的金屬軌道,上端接有可變電阻R,下端足夠長(zhǎng),空間垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下,經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間后,金屬桿的速度會(huì)達(dá)到最大值vm , 則( )

A.如果B增大,vm將變大
B.如果α增大,vm將變大
C.如果R增大,vm將變大
D.如果m減小,vm將變大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一木塊受到垂直于傾斜墻面方向的推力F作用而處于靜止?fàn)顟B(tài),下列判斷正確的是( )

A. 墻面與木塊間的彈力可能為零

B. 墻面對(duì)木塊的摩擦力可能為零

C. 在推力F逐漸增大過程中,木塊將始終維持靜止

D. 木塊所受墻面的摩擦力隨推力F的增大而變化

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,A、B兩物體靠在一起靜止放在粗糙水平面上,質(zhì)量分別為,AB與水平面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.6,g,若用水平力FA8NA物體。 則下列有關(guān)說法不正確的是(

A. A對(duì)B的水平推力為8N

B. B物體受4個(gè)力作用

C. A物體受到水平面向左的摩擦力,大小為6N

D. FA變?yōu)?/span>40N,則A對(duì)B的推力為32N

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