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题型:简答题
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简答题

如图所示,AB和CD是足够长的平行光滑导轨,其间距为l,导轨平面与水平面的夹角为θ.整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面且向上的匀强磁场中.AC端连有阻值为R的电阻.若将一质量为M、垂直于导轨的金属棒EF在距BD端s处由静止释放,则棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段.现用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把金属棒EF从BD位置由静止推至距BD端s处,此时撤去该力,金属棒EF最后又回到BD端.求:

(1)金属棒下滑过程中的最大速度.

(2)金属棒棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有多少电能转化成了内能(金属棒及导轨的电阻不计)?

正确答案

解:(1)当EF棒从距BD端s处由静止开始滑至BD的过程中,受力情况如图所示,

棒所受的安培力:F=BIl=

当EF棒做匀速直线运动时,速度达到最大值v,

由平衡条件得:Mgsinθ═

解得最大速度:v=

(2)由恒力推到距BD端s处后,棒先减速到零,然后从静止下滑,当加速度减至零时,在滑回BD之前已达到最大,开始匀速运动.由能量守恒定律得:Fs-Q=Mv2

解得:Q=Fs-

答:(1)EF棒下滑过程中的最大速度是

(2)EF棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有Fs-电能转化成了内能.

解析

解:(1)当EF棒从距BD端s处由静止开始滑至BD的过程中,受力情况如图所示,

棒所受的安培力:F=BIl=

当EF棒做匀速直线运动时,速度达到最大值v,

由平衡条件得:Mgsinθ═

解得最大速度:v=

(2)由恒力推到距BD端s处后,棒先减速到零,然后从静止下滑,当加速度减至零时,在滑回BD之前已达到最大,开始匀速运动.由能量守恒定律得:Fs-Q=Mv2

解得:Q=Fs-

答:(1)EF棒下滑过程中的最大速度是

(2)EF棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有Fs-电能转化成了内能.

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,竖直面内的正方形导线框ABCD、abcd的边长均为l,电阻均为R,质量分别为2m和m,它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端,在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度大小为B、方向垂直竖直面向里的匀强磁场.开始时,ABCD的下边与匀强磁场的上边界重合,abcd的上边到匀强磁场的下边界的距离为l.现将系统由静止释放,当ABCD全部进入磁场时,系统开始做匀速运动.不计摩擦和空气阻力,则下列说法正确的是(  )

A系统匀速运动的速度大小为

B从开始运动至ABCD全部进入磁场的过程中.两线框组成的系统克服安培力做的功为mgl-

C两线框从开始运动至等高的过程中,所产生的总焦耳热为2mgl-

D导线框abcd通过磁场的时间

正确答案

B,D

解析

解:AD、如图所示,设两线框刚匀速运动的速度为v,此时轻绳上的张力为T,则对ABCD有:

  T=2mg…①

对abcd有:T=mg+BIl…②

又 I=…③

 E=Blv…④

由①②③④联立解得:v=…⑤

线框abcd通过磁场时以速度v匀速运动,设线框abcd通过磁场的时间为t,则:t==…⑥,故A错误,D正确.

B、从开始运动至ABCD全部进入磁场的过程中,两线框组成的系统克服安培力做的功为W,则有:

  W+•3mv2=2mgl-mgl…⑦

可得 W=mgl-.故B正确.

C、设两线框从开始运动至等高的过程中所产生的焦耳热为Q,当左、右两线框分别向上、向下运动2l的距离时,两线框等高,对这一过程,由能量守恒定律有:

  2mg•2l=mg•2l+•3mv2+Q…⑧

解⑤⑧得:Q=2mgl-.故C错误.

故选:BD

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多选题

如图所示,足够长的金属导轨水平固定放置在匀强磁场中,金属棒ab与导轨垂直且接触良好,用水平向右的力F使棒ab从静止开始沿导轨运动.已知导轨宽度L=1m,磁感应强度的大小B=1T,金属棒质量m=0.2kg、电阻R=1.0Ω,棒ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,若拉力F的功率为P=6W,金属棒ab从开始运动到速度稳定过程中共有q=2.8C的电荷量通过金属棒,同时产生焦耳热Q=5.8J.导轨电阻不计,g取10m/s2.则(  )

A棒ab达到的稳定速度是2m/s

B棒ab达到的稳定速度是4m/s

C棒ab从静止至达到稳定速度经历的时间为1.5s

D棒ab从静止至达到稳定速度经历的时间为3s

正确答案

A,C

解析

解:AB、金属棒运动时切割产生的电动势 E=BLV

电路中电流 I=

金属棒所受的安培力 FA=BIL=

由牛顿第二定律得:F-FA-μmg=ma

又 P=Fv

联立整理得:--μmg=ma

当a=0时速度最大,代入得:--0.5×0.2×10=0

解得最大速度为:v=2m/s,故A正确,B错误                           

CD、设从开始运动到速度最大金属棒运动的距离为x.

由q==得:x==m=2.8m

由动能定理得:Pt-Q-μmgx=

代入得:6t-5.8-0.5×0.2×10×2.8=×0.2×22

解得:t=1.5s,故C正确,D错误.

故选:AC.

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简答题

如图所示,PN与QM两平行金属导轨相距1m,电阻不计,两端分别接有电阻R1和R2,且R1=6Ω,ab杆的电阻为2Ω,在导轨上可无摩擦地滑动,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1T,现ab以恒定速度v=3m/s匀速向右移动,这时ab杆上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等,求:

(1)R2的阻值;

(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少?

(3)拉ab杆的水平向右的外力F为多大?

正确答案

解:(1)由内外电阻消耗的功率相等,则内外电阻相等,故:

解得:R2=3Ω

(2)感应电动势为:E=Blv=1×1×3=3V

根据闭合电路欧姆定律,总电流为:I=

路端电压为:U=IR=0.75×2V=1.5V

电阻R1功率:

电阻R2功率:

(3)安培力:FA=BIL=1×0.75×1=0.75N

ab杆匀速运动,故拉力等于安培力,为F=0.75N;

答:(1)R2的阻值为3Ω;

(2)R1消耗的电功率为0.375W,R2消耗的电功率为0.75W;

(3)拉ab杆的水平向右的外力F为0.75N.

解析

解:(1)由内外电阻消耗的功率相等,则内外电阻相等,故:

解得:R2=3Ω

(2)感应电动势为:E=Blv=1×1×3=3V

根据闭合电路欧姆定律,总电流为:I=

路端电压为:U=IR=0.75×2V=1.5V

电阻R1功率:

电阻R2功率:

(3)安培力:FA=BIL=1×0.75×1=0.75N

ab杆匀速运动,故拉力等于安培力,为F=0.75N;

答:(1)R2的阻值为3Ω;

(2)R1消耗的电功率为0.375W,R2消耗的电功率为0.75W;

(3)拉ab杆的水平向右的外力F为0.75N.

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多选题

如图所示,abcd为固定的水平光滑矩形金属导轨,导轨间距为L,左右两端接有定值电阻R1和R2,R1=R2=R,整个装置处于竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.质量为m、长度为L的导体棒MN放在导轨上,棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨与棒的电阻.两根相同的轻质弹簧甲和乙一端固定,另一端同时与棒的中点连接.初始时刻,两根弹簧恰好处于原长状态,棒有水平向左的初速度v0,第一次运动至最右端的过程中R1产生的电热为Q,下列说法中正确的是(  )

A初始时刻棒所受安培力大小为

B棒第一次回到初始位置的时刻,R2的电功率为

C棒第一次到达最右端的时刻,两根弹簧具有弹性势能的总量为mv-2Q

D从初始时刻至棒第一次到达最左端的过程中,R1中的电流由b指向a

正确答案

A,C,D

解析

解:A、初始时刻,由F=BIL、I==,得安培力大小为FA=.故A正确;

B、由于安培力始终对MN做负功,产生焦耳热,由动能定理得:当棒再次回到初始位置时,速度小于v0,棒产生的感应电动势小于BLv0,则AB间电阻R的功率小于,故B错误;

C、由能量守恒得知,当棒第一次达到最右端时,物体的机械能全部转化为整个回路中的焦耳热和甲乙弹簧的弹性势能,两个电阻相同并联,故产生的热量相同,则电路中产生总热量为2Q,所以两根弹簧具有的弹性势能为mv-2Q,故C正确;

D、从初始时刻至棒第一次到达最左端的过程中,由左手定则判断知,MN中电流方向由M指向N,则R1中的电流由b指向a,故D正确.

故选:ACD.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,光滑导轨AOB固定在水平桌面上,空间存在垂直于桌面向上的匀强磁场,一根足够长的导体棒MN垂直OA放置在导轨上的O点,现用一垂直于导体棒方向的水平外力F拉导体棒,使其从O点开始沿OA方向做匀速直线运动,运动中导体棒始终与OA垂直且与导轨保持良好接触,已知导轨和导体棒单位长度的电阻相同,则从O点开始运动的一段时间内,外力F随时间t的变化关系图线是(  )

A

B

C

D

正确答案

D

解析

解:设导轨和导体棒单位长度的电阻为r,∠AOB=α.

t时刻有效的切割长度为:L=vttanα

回路中感应电动势为:E=BLv

感应电流为:I=

联立解得:I=,可知I恒定不变.

根据平衡条件得:F=BIL=BIvttanα,则得 F∝t,所以F-t图象是过原点的直线.故ABC错误,D正确.

故选:D.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,在水平地面上,有一竖直放置的正方形金属线框abcd,边长为L,紧挨着有界匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向内,磁场边界宽也为L.线框先以c点为转轴,以恒定角速度顺时针转动,当b点落地后,再以b点为转轴,以相同的角速度顺时针转动,在线框通过磁场的过程中,线框中的电流随时间变化的关系图象是(  )

A

B

C

D

正确答案

B

解析

解:在0-时间内,线框转过的角度为ωt,有效的切割长度为,感应电动势为E=ω,感应电流为i=,联立得到i=.可知,i与t是非线性关系,t增大,i增大;

-时间内,线框产生的感应电流与在0-时间内变化情况相反,i随时间非线性减小;

在后半个周期内,感应电流i的情况与前半个周期感应电流方向相反,i的大小变化情况也相反,故B正确.

故选B

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题型: 多选题
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多选题

(2016•闵行区一模)如图,由某种粗细均匀的总电阻为5R的金属条制成的矩形线框abcd,固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中.一接入电路电阻为R的导体棒PQ,在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动,滑动过程PQ始终与ab垂直,且与线框接触良好,不计摩擦.在PQ从靠近ad处向bc滑动的全过程中(  )

APQ中电流先增大后减小

BPQ两端电压先增大后减小

CPQ上拉力的功率先减小后增大

D线框消耗的电功率先增大后减小

正确答案

B,C

解析

解:A、导体棒由靠近ad边向bc边匀速滑动的过程中,产生的感应电动势E=BLv,保持不变,外电路总电阻先增大后减小,由欧姆定律分析得知PQ中的电流先减小后增大,A错误;

B、PQ中电流先减小后增大,PQ两端电压为路端电压,由U=E-IR,可知PQ两端的电压先增大后减小,B正确;

C、导体棒匀速运动,PQ上外力的功率等于回路的电功率,而回路的总电阻R先增大后减小,由P=,分析得知,PQ上拉力的功率先减小后增大,C正确;

D、线框作为外电路,总电阻最大值为 R=,线框电阻最小值为=<R,当导体棒向右运动的过程中电路中的总电阻先增大后减小,根据闭合电路的功率的分配关系与外电阻的关系可知,当外电路的电阻值与电源的内电阻相等时外电路消耗的电功率最大,所以在靠近ab、bc附近有两个位置能使外电路的电阻值与电源的内电阻相等,所以可得线框消耗的电功率先增大后减小再增大再减小.D错误.

故选:BC.

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题型: 单选题
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单选题

两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻.将质量为m,电阻也为R的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒与导轨接触良好,导轨所在的平面与磁感应强度为B的磁场垂直,如图所示,除金属棒和电阻R外,其余电阻不计,现将金属棒从弹簧的原长位置由静止释放,则下列结论错误的是(  )

A金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为b→a

B最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡

C金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为

D金属棒的速度为v时,金属棒两端的电势差为

正确答案

C

解析

解:A、金属棒向下运动时切割磁感线,根据右手定则判断可知,流过电阻R的电流方向为b→a,故A正确.

B、由于金属棒产生感应电流,受到安培力的阻碍,最终金属棒停止运动,由平衡条件可知,最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡,故B正确.

C、金属棒的速度为v时,回路中产生的感应电流为I=

所受的安培力大小为 F=BIL=BL=,故C错误.

D、金属棒的速度为v时,金属棒两端的电势差为U=IR=BLv.故D正确.

本题要求选错误的,故选:C.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为m的足够长的“[”金属导轨abcd放在倾角为θ的光滑绝缘斜面上,bc段电阻为R,其余段电阻不计.另一电阻为R、质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PbcQ构成矩形.棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于斜面的光滑立柱.导轨bc段长为L,以ef为界,其左侧匀强磁场垂直斜面向上,右侧匀强磁场方向沿斜面向上,磁感应强度大小均为B.在t=0时,一沿斜面方向的作用力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始沿斜面向下做匀加速直线运动,加速度为a.

(1)请通过计算证明开始一段时间内PQ中的电流随时间均匀增大.

(2)求在电流随时间均匀增大的时间内棒PQ横截面内通过的电量q和导轨机械能的变化量△E.

(3)请在F-t图上定性地画出电流随时间均匀增大的过程中作用力F随时间t变化的可能关系图,并写出相应的条件.(以沿斜面向下为正方向)

正确答案

解:(1)PQ中的电流为:I==

因为是常数,所以I∝t,即电流随时间均匀增大.

当PQ受到的安培力大于mgcosθ时,PQ会离开斜面,电路不再闭合,回路中会短时无电流.

FA=BIL==mgcosθ

即:tm=

(2)棒PQ横截面内通过的电量为:q=Itm=tm==

导轨机械能的变化量为:E=mv2-mgh=matm2(a-gsinθ)=(a-gsinθ)

(3)①若a≥gsinθ-μgcosθ,则F始终向下,且随时间均匀增大;

②若 a≤gsinθ-gcosθ,则F始终向上,且随时间均匀减小(tm时F仍向上或为零);

③若gsinθ-μgcosθ<a<gsinθ+μgcosθ,则F先向上逐渐减小,后向下逐渐增大.F随时间t变化的可能关系图如图所示.

答:

(1)证明见上.

(2)棒PQ横截面内通过的电量q为,导轨机械能的变化量△E为(a-gsinθ).

(3))①若a≥gsinθ-μgcosθ,则F始终向下,且随时间均匀增大;

②若 a≤gsinθ-μgcosθ,则F始终向上,且随时间均匀减小(tm时F仍向上或为零);

③若gsinθ-μgcosθ<a<gsinθ+μgcosθ,则F先向上逐渐减小,后向下逐渐增大.F随时间t变化的可能关系图如图所示.

解析

解:(1)PQ中的电流为:I==

因为是常数,所以I∝t,即电流随时间均匀增大.

当PQ受到的安培力大于mgcosθ时,PQ会离开斜面,电路不再闭合,回路中会短时无电流.

FA=BIL==mgcosθ

即:tm=

(2)棒PQ横截面内通过的电量为:q=Itm=tm==

导轨机械能的变化量为:E=mv2-mgh=matm2(a-gsinθ)=(a-gsinθ)

(3)①若a≥gsinθ-μgcosθ,则F始终向下,且随时间均匀增大;

②若 a≤gsinθ-gcosθ,则F始终向上,且随时间均匀减小(tm时F仍向上或为零);

③若gsinθ-μgcosθ<a<gsinθ+μgcosθ,则F先向上逐渐减小,后向下逐渐增大.F随时间t变化的可能关系图如图所示.

答:

(1)证明见上.

(2)棒PQ横截面内通过的电量q为,导轨机械能的变化量△E为(a-gsinθ).

(3))①若a≥gsinθ-μgcosθ,则F始终向下,且随时间均匀增大;

②若 a≤gsinθ-μgcosθ,则F始终向上,且随时间均匀减小(tm时F仍向上或为零);

③若gsinθ-μgcosθ<a<gsinθ+μgcosθ,则F先向上逐渐减小,后向下逐渐增大.F随时间t变化的可能关系图如图所示.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一水平放置的半径为r、电阻为R的导体圆环,环面与磁场垂直,另有一根长度为2r、电阻亦为R的光滑导体杆,放置在导体环上,在外力作用下沿环面以速度v匀速运动(导体杆和导体环接触良好).当杆与环接触点跟环心的连线与杆运动方向的夹角θ=30°时杆受到的安培力大小为(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:当θ=30°时,根据几何关系得出此时导体棒的有效切割长度是r,所以杆产生的电动势为:E=Brv

整个电路的总电阻是:R=R+=

杆中电流为:I=

所以杆受的安培力大小为:F=BIr

联立得:F=

故选:A.

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题型: 单选题
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单选题

如图甲,MN左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场.现将一边长为l、质量为m、电阻为R的正方形金属线框置于该磁场中,使线框平面与磁场垂直,且bc边与磁场边界MN重合.当t=0时,对线框施加一水平拉力F,使线框由静止开始向右做匀加速直线运动;当t=t0时,线框的ad边与磁场边界MN重合.图乙为拉力F随时间变化的图线.由以上条件可求得(  )

Aad边刚出磁场时速度大小为v=

Bad边刚出磁场时速度大小为v=

C磁感应强度的大小为B=

D磁感应强度的大小为B=

正确答案

C

解析

解:A、线框由静止开始向右做匀加速直线运动,中点时刻的速度等于平均速度,所以ad边刚出磁场时速度大小为v>,故A错误.

B、线框由静止开始向右做匀加速直线运动,合力不变,由t=0时刻速度为零,故安培力为零,故合力为F0

对加速过程,根据动能定理,有:

F0l=

解得ad边刚出磁场时速度大小为:v=,故B错误;

C、D、根据牛顿第二定律,F-F=ma,F=BIl,I=,E=BlV

得到:F=+ma

在t=t0时刻,由图中可得图线的斜率为:K==

又t=0时刻,加速度为:a=

解得:B=,故C正确,D错误;

故选:C

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题型: 单选题
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单选题

如图甲所示,两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计.两质量、长度均相同的导体棒c、d,置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处.磁场宽为3h,方向与导轨平面垂直.先由静止释放c,c刚进入磁场即匀速运动,此时再由静止释放d,两导体棒与导轨始终保持良好接触.用ac表示c的加速度,Ekd表示d的动能,xc、xd分别表示c、d相对释放点的位移.图乙中正确的是(  )

A①③

B①④

C②③

D②④

正确答案

D

解析

解:设c、d刚进磁场时速度为v,c刚进入磁场做匀速运动,此时由静止释放d.设d经时间t进入磁场,并设这段时间内c的位移为x;

对c,由匀变速运动的平均速度公式得:h=t,由匀速运动的位移公式得:x=vt,解得:x=2h,

d进入磁场时,c相对释放点的位移为3h;d进入磁场后,cd二者都做匀速运动,且速度相同,二者与导轨组成的回路磁通量不变,感应电流为零,不受安培力,两导体棒均做加速度为g的匀加速运动,故①错误,②正确;

c出磁场时d下落2h,c出磁场后,只有导体棒d切割磁感线,此时d的速度大于进磁场时的速度,d受到安培力作用做减速运动,动能减小,d出磁场后动能随下 落高度的增加而均匀增大,故③错误,④正确.

综上所述:①③错误,②④正确,故ABC错误,D正确;

故选:D.

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题型:填空题
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填空题

把一线框从一匀强磁场中匀速拉出,如图所示.第一次拉出的速率是v,第二次拉出速率是2v,其它条件不变,则前后两次线圈中电流之比______,拉力大小之比______,拉力功率之比______,通过导线截面的电荷量之比______

正确答案

1:2

1:2

1:4

1:1

解析

解:设线框切割磁感线的边长为L,另一个边长为L′,速度为v时,产生的感应电流为 I=,I∝v,则知前后两次线圈中电流之比为1:2;

线框受到的安培力:

 FB=BIL=

线框匀速运动,由平衡条件得:拉力F=FB=,可知拉力与速度v成正比,则拉力之比为1:2;

拉力功率P=Fv=,则知拉力功率与速度的平方成正比,则拉力功率之比为v2:(2v)2=1:4;

通过导线截面的电荷量:q==,与速度无关,所以通过导线截面的电量之比是:1:1;

故答案为:1:2;1:2,;1:4;1:1.

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题型:简答题
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简答题

如图1所示,一端封闭的两条平行光滑长导轨相距L,距左端L处的右侧一段被弯成半径为的四分之一圆弧,圆弧导轨的左、右两段处于高度相差的水平面上.以弧形导轨的末端点O为坐标原点,水平向右为x轴正方向,建立Ox坐标轴.圆弧导轨所在区域无磁场;左段区域存在空间上均匀分布,但随时间t均匀变化的磁场B(t),如图2所示;右段区域存在磁感应强度大小不随时间变化,只沿x方向均匀变化的磁场B(x),如图3所示;磁场B(t)和B(x)的方向均竖直向上.在圆弧导轨最上端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,金属棒由静止开始下滑时左段磁场B(t)开始变化,金属棒与导轨始终接触良好,经过时间t0金属棒恰好滑到圆弧导轨底端.已知金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g.

(1)求金属棒在圆弧轨道上滑动过程中,回路中产生的感应电动势E;

(2)如果根据已知条件,金属棒能离开右段磁场B(x)区域,离开时的速度为v,求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q;

(3)如果根据已知条件,金属棒滑行到x=x1位置时停下来,

a.求金属棒在水平轨道上滑动过程中通过导体棒的电荷量q;

b.通过计算,确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置.

正确答案

解:(1)由图2可知,

根据法拉第电磁感应定律,感应电动势

(2)金属棒在弧形轨道上滑行过程中,产生的焦耳热

金属棒在弧形轨道上滑行过程中,根据机械能守恒定律

金属棒在水平轨道上滑行的过程中,产生的焦耳热为Q2

根据能量守恒定律

所以,金属棒在全部运动过程中产生的焦耳热

(3)a.根据图3,x=x1(x1<x0)处磁场的磁感应强度

设金属棒在水平轨道上滑行时间为△t.由于磁场B(x)沿x方向均匀变化,根据法拉第电磁感应定律△t时间内的平均感应电动势

所以,通过金属棒电荷量

b.金属棒在弧形轨道上滑行过程中,根据①式,

金属棒在水平轨道上滑行过程中,由于滑行速度和磁场的磁感应强度都在减小,所以,此过程中,金属棒刚进入磁场时,感应电流最大.

根据②式,刚进入水平轨道时,金属棒的速度

所以,水平轨道上滑行过程中的最大电流

若金属棒自由下落高度,经历时间,显然t0>t

所以,

综上所述,金属棒刚进入水平轨道时,即金属棒在x=0处,感应电流最大.

答:

(1)金属棒在圆弧轨道上滑动过程中,回路中产生的感应电动势E是

(2)金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q为+mg-

(3)a.金属棒在水平轨道上滑动过程中通过导体棒的电荷量q为

b.金属棒在全部运动过程中金属棒刚进入水平轨道时,即金属棒在x=0处,感应电流最大.

解析

解:(1)由图2可知,

根据法拉第电磁感应定律,感应电动势

(2)金属棒在弧形轨道上滑行过程中,产生的焦耳热

金属棒在弧形轨道上滑行过程中,根据机械能守恒定律

金属棒在水平轨道上滑行的过程中,产生的焦耳热为Q2

根据能量守恒定律

所以,金属棒在全部运动过程中产生的焦耳热

(3)a.根据图3,x=x1(x1<x0)处磁场的磁感应强度

设金属棒在水平轨道上滑行时间为△t.由于磁场B(x)沿x方向均匀变化,根据法拉第电磁感应定律△t时间内的平均感应电动势

所以,通过金属棒电荷量

b.金属棒在弧形轨道上滑行过程中,根据①式,

金属棒在水平轨道上滑行过程中,由于滑行速度和磁场的磁感应强度都在减小,所以,此过程中,金属棒刚进入磁场时,感应电流最大.

根据②式,刚进入水平轨道时,金属棒的速度

所以,水平轨道上滑行过程中的最大电流

若金属棒自由下落高度,经历时间,显然t0>t

所以,

综上所述,金属棒刚进入水平轨道时,即金属棒在x=0处,感应电流最大.

答:

(1)金属棒在圆弧轨道上滑动过程中,回路中产生的感应电动势E是

(2)金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q为+mg-

(3)a.金属棒在水平轨道上滑动过程中通过导体棒的电荷量q为

b.金属棒在全部运动过程中金属棒刚进入水平轨道时,即金属棒在x=0处,感应电流最大.

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