(14分)如圖所示,固定的光滑金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌電阻不計(jì),上端a、b間接有阻值為R的電阻,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,且處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連后放在導(dǎo)軌上。初始時(shí)刻,彈簧恰處于自然長(zhǎng)度,導(dǎo)體棒具有沿軌道向上的初速度v0。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,彈簧的中心軸線與導(dǎo)軌平行。

(1)求初始時(shí)刻通過電阻R的電流I的大小和方向;
(2)當(dāng)導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時(shí),速度變?yōu)関,求此時(shí)導(dǎo)體棒的加速度大小a;
(3)導(dǎo)體棒最終靜止時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep,求導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動(dòng)直到停止的過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。

(1)電流大小I1=,電流方向?yàn)閎→a;(2)a=gsinθ-;(3)Q==。

解析試題分析:(1)已知初始時(shí)刻的速度,可求電動(dòng)勢(shì),再根據(jù)歐姆定律可求電流,由右手定則可判斷出棒中的感應(yīng)電流方向,進(jìn)而得出電路中的電流方向來;(2)由于導(dǎo)體棒第一次回到初始位置時(shí),速度的方向沿斜面向下,速度已知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可求,電流可求,安培力也可求出來,且安培力的方向沿斜面向上,故棒受到的力有重力、安培力和支持力,求出它們?cè)谘匦泵娣较蛏系姆至,利用牛頓第二定律即可求出加速度的大;(3)欲求電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,我們可以通過求整個(gè)電路的焦耳熱,再根據(jù)電阻的大小分配得出,而整個(gè)電路的焦耳熱,則可由能量守恒定律得出來。
具體過程:
(1)棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=BLv0
通過R的電流大小I1=,電流方向?yàn)閎→a。
(2)棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2=BLv,
感應(yīng)電流I2=,
棒受到的安培力大小F=BIL=,方向沿斜面向上。
根據(jù)牛頓第二定律,有mgsinθ-F=ma,解得a=gsinθ-

(3)導(dǎo)體棒最終靜止,有mgsinθ=kx,壓縮量x=。
設(shè)整個(gè)過程回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q0,
根據(jù)能量守恒定律,有mv02+mgxsinθ=Ep+Q0,即Q0=mv02+-Ep,
電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q==
考點(diǎn):本題考查了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、安培力的計(jì)算,能量守恒定律等知識(shí)。

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:計(jì)算題

(10分)如圖,兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置,導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng),電阻不計(jì)。在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P、電阻均為R的小燈泡。整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,F(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放。金屬棒下落過程中保持水平,且與導(dǎo)軌接觸良好。已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光。重力加速度為g。求:

(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大。
(2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(12分)如圖所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形單匝線圈abcd,電阻r,外電路的電阻為R,a、b的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線上,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,若線圈從圖示位置開始,以角速度繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求:

(1).閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式;
(2).線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180o的過程中,流過電阻R的電荷量為;
(3).線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量為。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖所示,相距20cm的平行金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面夾角,現(xiàn)在導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為330g的金屬棒ab,它與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.50,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T的豎直向上勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌所接電源的電動(dòng)勢(shì)為15V,電阻不計(jì),滑動(dòng)變阻器的阻值滿足要求,其他部分電阻不計(jì),取,為了保證ab處于靜止?fàn)顟B(tài),則:

(1)ab通入的最大電流為多少?
(2)ab通入的最小電流為多少?
(3)R的調(diào)節(jié)范圍是多大?

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(8分)如圖所示,兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌MP、NQ與水平面成θ=37°角固定放置,導(dǎo)軌電阻不計(jì),兩導(dǎo)軌間距L="0.5" m,在兩導(dǎo)軌形成的斜面上放一個(gè)與導(dǎo)軌垂直的均勻金屬棒ab,金屬棒ab處于靜止?fàn)顟B(tài),它的質(zhì)量為。金屬棒ab兩端連在導(dǎo)軌間部分對(duì)應(yīng)的電阻為R2=2Ω,電源電動(dòng)勢(shì)E=2V,電源內(nèi)阻r=1Ω,電阻R1=2Ω,其他電阻不計(jì)。裝置所在區(qū)域存在一垂直于斜面MPQN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,)求:

(1)所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向;
(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖所示,平行光滑導(dǎo)軌OPQ、OˊPˊQˊ相距L=0.5m,導(dǎo)軌平面與水平面成θ=53°角,OP段和OˊPˊ段是導(dǎo)電的,PQ段和PˊQˊ段是絕緣的,在P和Pˊ處固定一個(gè)“∩”形導(dǎo)體框abcd,導(dǎo)體框平面與導(dǎo)軌面垂直,面積S=0.3m2。空間存在變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向與導(dǎo)軌平行,與線圈abcd垂直。質(zhì)量為m=0.02kg、電阻R=0.2Ω的金屬棒AB放在兩導(dǎo)軌上QQˊ處,與PPˊ的距離x=0.64m,棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。t=0時(shí)刻,從QQˊ無初速度釋放金屬棒AB,此時(shí)磁場(chǎng)方向沿導(dǎo)軌向上(規(guī)定為正方向),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律為B=0.2-0.8t(T)。除金屬棒AB外,不計(jì)其它電阻。求:

(1)經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間,金屬棒AB中有感應(yīng)電流?感應(yīng)電流的方向如何?
(2)假設(shè)OP段和OˊPˊ段的導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),金屬棒AB在OP段和OˊPˊ段的導(dǎo)軌上能滑行多遠(yuǎn)?(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2)

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)發(fā)電裝置的示意圖,一個(gè)半徑r =0.10m、匝數(shù)n=20的線圈套在永久磁鐵槽中,磁場(chǎng)的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示).在線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為B=0.20T,線圈的電阻為R1=0.50Ω,它的引出線接有R2=9.5Ω的小電珠L(zhǎng),外力推動(dòng)線圈框架的P端,使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng),便有電流通過電珠。當(dāng)線圈向右的位移x隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示時(shí)(x取向右為正,忽略左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間)。求:


(1)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大;
(2)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的大小,并在圖丁中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象,至少畫出0~0.4s的圖象(在圖甲中取電流由C向上通過電珠L(zhǎng)到D為正);
(3)每一次推動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)過程中作用力F的大;
(4)該發(fā)電機(jī)的輸出功率P.

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科目:高中物理 來源: 題型:單選題

如圖,一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1∶2;副線圈電路中接有燈泡,燈泡的額定電壓為220V,額定功率為22W;原線圈電路中接有電壓表和電流表。現(xiàn)閉合開關(guān),燈泡正常發(fā)光。若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù),則(    )

A.U=110V,I=0.2A B.U=110V,I=0.05A
C.U=110V,I=0.2A D.U=110V,I=0.2A

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科目:高中物理 來源: 題型:單選題

如圖所示,面積為S、匝數(shù)為N、內(nèi)阻不計(jì)的矩形線圈,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,從水平位置開始計(jì)時(shí),繞水平軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng).矩形線圈通過滑環(huán)連接理想變壓器.理想變壓器原線圈上的滑動(dòng)觸頭P上下移動(dòng)時(shí),可改變副線圈的輸出電壓;副線圈接有可變電阻R.電表均為理想交流電表.下列判斷正確的是( 。

A.矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e=NBSωcosωt
B.矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為NBSω/2
C.當(dāng)P位置不動(dòng),R增大時(shí),電壓表示數(shù)也增大
D.當(dāng)P位置向上移動(dòng)、R不變時(shí),電流表示數(shù)將增大

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