(2013·北京海淀一模,24題)(20分)如圖13所示,光滑、足夠長、不計電阻、軌道間距為l的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ,水平放在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同的兩個相鄰的勻強(qiáng)磁場中,左半部分為Ι勻強(qiáng)磁場區(qū),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1;右半部分為Ⅱ勻強(qiáng)磁場區(qū),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,且B1=2B2。在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)的左邊界垂直于導(dǎo)軌放置一質(zhì)量為m、電阻為R1的金屬棒a,在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)的某一位置,垂直于導(dǎo)軌放置另一質(zhì)量也為m、電阻為R2的金屬棒b。開始時b靜止,給a一個向右沖量Ia、b開始運(yùn)動。設(shè)運(yùn)動過程中,兩金屬棒總是與導(dǎo)軌垂直。

(1)求金屬棒a受到?jīng)_量后的瞬間通過金屬導(dǎo)軌的感應(yīng)電流;

(2)設(shè)金屬棒b在運(yùn)動到Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)的右邊界前已經(jīng)達(dá)到最大速度,求金屬棒b在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)中的最大速度值;

(3)金屬棒b進(jìn)入Ⅱ勻強(qiáng)磁場區(qū)后,金屬棒b再次達(dá)到勻速運(yùn)動狀態(tài),設(shè)這時金屬棒a仍然在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)中。求金屬棒b進(jìn)入Ⅱ勻強(qiáng)磁場區(qū)后的運(yùn)動過程中金屬棒ab中產(chǎn)生的總焦耳熱。

【答案】見解析

【解析】(1)設(shè)金屬棒a受到?jīng)_量I時的速度為v0,金屬棒a產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E,金屬軌道中的電流為i,則

     I=mv0………………………………………………1分

     E=B1lv0………………………………………………1分

     i=………………………………………………1分

     i=………………………………………………1分

(2)金屬棒a和金屬棒b在左部分磁場中運(yùn)動過程中所受安培力大小相等、方向相反,合力為零,故a、b組成的,水平方向動量守恒。

金屬棒a和金屬棒b在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)中運(yùn)動過程中達(dá)到的最大速度vm時,二金屬棒速度相等,感應(yīng)電流為零,二金屬棒勻速運(yùn)動,根據(jù)動量守恒定律有

     mv0=2mvm………………………………………………2分

     vm=………………………………………………2分

(3)金屬棒b進(jìn)入Ⅱ勻強(qiáng)磁場時,設(shè)金屬棒a的感應(yīng)電動勢為E1,金屬棒b的感應(yīng)電動勢為E2

     E1=B1lvm

     E2=B2lvm

     因為   B1=2 B2

     所以   E1=2 E2………………………………………………2分

    所以,金屬棒b一進(jìn)入Ⅱ勻強(qiáng)磁場,電流立即出現(xiàn),在安培力作用下金屬棒a做減速運(yùn)動,金屬棒b做加速運(yùn)動。設(shè)金屬棒a在Ι勻強(qiáng)磁場區(qū)運(yùn)動速度從vm變化到最小速度va,所用時間為t,金屬棒b在Ⅱ勻強(qiáng)磁場區(qū)運(yùn)動速度從vm變化到最大速度為vb,所用時間也為t,此后金屬棒a、b都勻速運(yùn)動,則

    B1lva= B2lvb………………………………………………3分

vb=2va………………………………………………1分

設(shè)在t時間內(nèi)通過金屬棒a、b的電流平均值為

根據(jù)動量定理有

B1lt=mva-mvm  方向向左………………………………………………1分

B2lt=mvb-mvm  方向向右………………………………………………1分

解得:………………………………………………1分

      ………………………………………………1分

設(shè)金屬棒b進(jìn)入Ⅱ勻強(qiáng)磁場后,金屬棒a、b產(chǎn)生的總焦耳熱為Q,根據(jù)能量守恒,有

……………………………………1分

Q=……………………………………1分

練習(xí)冊系列答案
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(2013·北京東城區(qū)示范校高三綜合練習(xí),1題)如圖所示,在傾角為a的光滑斜面上,垂直紙面放置一根長為L,質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。 在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時,欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,下列外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確是

                     

A.方向垂直斜面向上        B.,方向垂直斜面向下

     C.,方向豎直向上         D.,方向豎直向下

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(2013·北京海淀區(qū)高三期中,4題)如圖3所示,在一輛由動力驅(qū)動的小車上有一水平放置的彈簧,其左端固定在小車上,右端與一小球相連。設(shè)在某一段時間內(nèi)小球與小車相對靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài),若忽略小球與小車間的摩擦力,則在這段時間內(nèi)小車可能是                         (      )

A.向右做加速運(yùn)動

B.向右做減速運(yùn)動

C.向左做加速運(yùn)動

D.向左做減速運(yùn)動

 


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(2013·北京東城區(qū)高三聯(lián)考,7題)冰面對溜冰運(yùn)動員的最大靜摩擦力為運(yùn)動員重力的k倍,在水平冰面上沿半徑為R的圓周滑行的運(yùn)動員,其安全速度為(   )

A.   B.   C.   D.

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(2013·北京海淀區(qū)高三期中,5題)如圖4所示,一塊橡皮用不可伸長的細(xì)線懸掛于O點,用鉛筆靠著細(xì)線的左側(cè)從O點開始水平向右勻速移動,運(yùn)動中始終保持懸線豎直,則在鉛筆向右勻速移動過程中,橡皮運(yùn)動的速度(     )

A.大小和方向均不變

B.大小不變,方向改變

C.大小改變,方向不變

D.大小和方向均改變

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(2013·北京朝陽二模,17題)經(jīng)國際小行星命名委員會命名的“神舟星”和“楊利偉星”的軌道均處在火星和木星軌道之間,它們繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)行,其軌道參數(shù)如下表。

遠(yuǎn)日點

近日點

神舟星

3.575AU

2.794AU

楊利偉星

2.197AU

1.649AU

    注:AU是天文學(xué)中的長度單位,1AU=149 597 870 700m(大約是地球到太陽的平均距離)。

“神舟星”和“楊利偉星”繞太陽運(yùn)行的周期分別為T1T2,它們在近日點的加速度分別為a1a2。則下列說法正確的是

A.                         B.

C.,                            D.,

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