如圖甲所示,平行金屬導(dǎo)軌間距為L1=0.5m,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°,兩橫截面為正方形、質(zhì)量均為m=0.1kg的金屬棒ab、cd垂直導(dǎo)軌靜止在導(dǎo)軌平面上,兩棒之間的距離L2=0.4m,兩棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=
3
2
,兩棒在導(dǎo)軌之間部分的電阻均為R=0.1Ω,導(dǎo)軌電阻不計.現(xiàn)將整個裝置置于垂直于軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示.設(shè)兩棒與導(dǎo)軌問的最大靜摩擦力均等于滑動摩擦力,兩棒橫截面的邊長遠(yuǎn)小于它們之間的距離,忽略兩棒上電流之間的相互作用,g取10m/s2
(1)兩金屬棒都未出現(xiàn)滑動之前,閉合回路中的電流多大?金屬棒ab中電流方向如何?
(2)哪個金屬棒先發(fā)生滑動?是在哪一時刻?
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分析:根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化關(guān)系得出磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出感應(yīng)電動勢.
根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流方向.
對ab、cd進(jìn)行受力分析,ab所受安培力沿斜面向上,cd所受安培力沿斜面向下,由于ab、cd的重力沿斜面向下的分力小于它們與斜面的最大靜摩擦力,再去判斷.
根據(jù)平衡條件的臨界狀態(tài)求解和B-t圖象進(jìn)行求解.
解答:解:(1)由圖可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為:
△B
△t
=0.5T/s
感應(yīng)電動勢E=
△B
△t
L1L2,
I=
E
2R

由以上等式解得:I=0.5A.
由楞次定律判斷電流方向為:由b到a.
(2)對ab、cd進(jìn)行受力分析,ab所受安培力沿斜面向上,cd所受安培力沿斜面向下,
由于ab、cd的重力沿斜面向下的分力小于它們與斜面的最大靜摩擦力,
所以金屬棒cd先發(fā)生滑動,
F=BIL1,
F+mgsinθ=μmgcosθ
B=
△B
△t
t
由以上等式解得:t=2s.
答:(1)兩金屬棒都未出現(xiàn)滑動之前,閉合回路中的電流為0.5A,金屬棒ab中電流方向由b到a.
(2)t=2s,金屬棒cd先發(fā)生滑動.
點(diǎn)評:對于圖象問題一定弄清楚兩坐標(biāo)軸的含義,尤其注意斜率、截距的含義.
根據(jù)物理規(guī)律找出物理量的關(guān)系,通過已知量得出未知量.要善于對物體過程分析和進(jìn)行受力分析.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

(2009?濰坊模擬)如圖甲所示,平行金屬導(dǎo)軌豎直放置,導(dǎo)軌間距為L=1m,上端接有電阻R1=3Ω,下端接有電阻R2=6Ω,虛線OO′下方是垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場.現(xiàn)將質(zhì)量m=0.1kg、電阻不計的金屬桿ab,從OO′上方某處垂直導(dǎo)軌由靜止釋放,桿下落0.2m過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸,加速度a與下落距離h的關(guān)系圖象如圖乙所示.求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B;
(2)桿下落0.2m過程中通過電阻R2的電荷量q.

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖甲所示,平行金屬板A和B的距離為d,緊貼它們的右端安放著垂直于金屬板的絕緣靶MN,AB板間的中線OP交MN于P點(diǎn),現(xiàn)在A、B板上加上如圖所示的方形波電壓,電壓的正向值為U0,反向電壓為
U02
,且每隔T/2換向一次,現(xiàn)有質(zhì)量為m的帶正電q的連續(xù)粒子束從AB的中點(diǎn)O以平行于金屬板的方向射入.設(shè)粒子能全部打在靶上而且所有粒子在AB間的飛行時間均為T,不計重力的影響.
(1)要使粒子能全部打在靶MN上,試討論電壓U0的數(shù)值與m、d、q、T應(yīng)滿足的關(guān)系.
(2)求靶MN上被粒子擊中的范圍.

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖甲所示,平行金屬板A和B間的距離為d,現(xiàn)在A、B板上加上如圖乙所示的方波電壓,t=0時A板比B板的電勢高.電壓的正向值為U0,反向值也為U0,現(xiàn)有由質(zhì)量為m電量為+q的粒子組成的粒子束,從AB的中點(diǎn)O以平行于金屬板中軸OO′線的速度v0=
qU0T3md
不斷射入,所有粒子在AB間的飛行時間均為T,不計重力影響.試求:
(1)粒子射出電場時位置離中軸線OO′的距離范圍
(2)粒子射出電場時的速度
(3)若要使射出電場的粒子經(jīng)某一垂直紙面的圓形區(qū)域勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后,都能通過圓形磁場邊界的一個點(diǎn)處,而便于再收集,則磁場區(qū)域的最小半徑和相應(yīng)的磁感強(qiáng)度是多大?

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如圖甲所示,平行金屬導(dǎo)軌豎直放置,導(dǎo)軌間距為L=1m,上端接有電阻R1=3Ω,下端接有電阻R2=6Ω,虛線OO′下方是垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場.現(xiàn)將質(zhì)量m=0.1kg、電阻不計的金屬桿ab,從OO′上方某處垂直導(dǎo)軌由靜止釋放,桿下落0.2m過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸,加速度a與下落距離h的關(guān)系圖象如圖乙所示.求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B;
(2)桿下落0.2m過程中通過金屬桿的電荷量q.

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