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题型:简答题
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简答题 · 18 分

23.如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距为d,其电阻不计,两导轨所在的平面与水平面成θ角。质量分别为m和3m,电阻均为R的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,两棒之间用一绝缘的细线相连,整个装置处在垂$于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,给棒ab施加一平行于导轨向上的拉力作用,使两枠均保持静止。若在t=0时刻将细线烧断,此后保持拉力不变,重力加速度为g。

(1)细线烧断后,当ab棒加速度为a1时,求cd棒的加速度大小a2 (用a1表示);

(2)求ab棒最终所能达到的最大速度。

正确答案

解:(1)由,   

知物块在C点速度为

设物块从D点运动到C点的过程中,弹簧对物块所做的功为W,由动能定理得:

代入数据得:

(2)由

知物块从C运动到B过程中的加速度大小为

设物块与斜面间的动摩擦因数为,由牛顿第二定律得

代入数据解得

物块在P点的速度满足

物块从B运动到P的过程中机械能守恒,则有物块从C运动到B的过程中有    

由以上各式解得

(3)假设物块第一次从圆弧轨道返回并与弹簧相互作用后,能够回到与O点等高的位置Q点,且设其速度为,由动能定理得

解得

可见物块返回后不能到达Q点,故物块在以后的运动过程中不会脱离轨道。

解析

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知识点

牛顿第二定律运动电荷在磁场中受到的力感生电动势、动生电动势
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题型:简答题
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简答题 · 10 分

如图,两平行金属导轨位于同一水平面上,相距,左端与一电阻R相连;整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向竖直向下。一质量为m的导体棒置于导轨上,在水平外力作用下沿导轨以速度匀速向右滑动,滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,导轨和导体棒的电阻均可忽略。求

16.电阻R消耗的功率;

17.水平外力的大小。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

导体切割磁感线运动产生的电动势为

根据欧姆定律,闭合回路中的感应电流为

电阻R消耗的功率为,联立可得

考查方向

电功率、感应电动势、欧姆定律的考查,难度适中

解题思路

感应电动势计算电压,欧姆定律计算电流

易错点

数据的带入

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

对导体棒受力分析,受到向左的安培力和向左的摩擦力,向右的外力,三力平衡,故有,故

考查方向

安培力等受力平衡的考查

解题思路

由安培力的计算和受力平衡分析计算

易错点

受力分析

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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图A.,两相距L=0.5m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2Ω的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场。质量m=0.2kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略。杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直,其vt图像如图B.所示。在15s时撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持杆中电流为0。

求:

40.金属杆所受拉力的大小F

41.0–15s内匀强磁场的磁感应强度大小B0

42.15–20s内磁感应强度随时间的变化规律。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

关系图可知在0-10s时间段杆尚未进入磁场,因此

由图可得   

同理可知在15-20s时间段仅在摩擦力作用下运动。

右图由图可得       

解得                

解析

关系图可知在0-10s时间段杆尚未进入磁场,因此

由图可得   

同理计算F

考查方向

牛顿第二定律、读图能力

解题思路

分析图像由牛顿第二定律计算加速度,同理计算F

易错点

由图像获取信息的能力

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

在10-15s时间段杆在磁场中做匀速运动,因此有

代入

解得        

解析

在10-15s时间段杆在磁场中做匀速运动,因此有

将F带入即可

考查方向

牛顿运动定理的考查,难度适中

解题思路

在10-15s时间段杆在磁场中做匀速运动,则受力平衡,有安培力的计算公式和受力平衡即可计算

易错点

方程的建立

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

由题意可知在15-20s时间段通过回路的磁通量不变,设杆在10-15s内运动距离为,15s后运动距离为

其中                

由此可得          

解析

15-20s时间段通过回路的磁通量不变,设杆在10-15s内运动距离为,15s后运动距离为。列方程求解

考查方向

物理学中的数学能力考查,难度较大

解题思路

磁通量不变是切入点,构建数学关系

易错点

方程的建立

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题型:简答题
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简答题 · 17 分

14.如图甲所示,两根足够长的光滑金属导轨ab、cd 与水平面成=30固定,导轨间距离为=1 m,电阻不计。一个阻值为R0的定值电阻与电阻箱并联接在两金属导轨的上端。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=lT。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下滑过程中与导轨接触良好。改变电阻箱的阻值R,测定金属棒的最大速度,得到的关系如图乙所示。取g= 10。求:

(1)金属棒的质量m和定值电阻R0的阻值;

(2)当电阻箱R取2,且金属棒的加速度为g时,金属棒的速度。

正确答案

(1)0.2kg, 2Ω;金属棒以速度vm下滑时,根据法拉第电磁感应定律有:E=Blvm由闭合电路欧姆定律有:E=I当金属棒以最大速度vm下滑时,根据平衡条件有:BIl=mgsinθ 由图象可知: 解得:m=0.2kg,R0=2Ω
    (2)0.5m/s.  设此时金属棒下滑的速度为v,根据法拉第电磁感应定律有:E/=I/当金属棒下滑的加速度为时,根据牛顿第二定律有:mgsinθ-BI′l=ma联立解得:v=0.5m/s

解析

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知识点

牛顿第二定律闭合电路的欧姆定律感生电动势、动生电动势
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

25. 如图所示,倾斜角θ=30°的光滑倾斜导体轨道(足够长)与光滑水平导体轨道连接。轨道宽度均为L=1m,电阻忽略不计。匀强磁场I仅分布在水平轨道平面所在区域,方向水平向右,大小B1=1T;匀强磁场II仅分布在倾斜轨道平面所在区域,方向垂直于倾斜轨道平面向下,大小B2=1T.现将两质量均为m=0.2kg,电阻均为R=0.5Ω的相同导体棒abcd,垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上,并同时由静止释放。取g=10m/s2

(1)求导体棒cd沿斜轨道下滑的最大速度的大小;

(2)若已知从开始运动到cd 棒达到最大速度的过程中,ab 棒产生的焦耳热Q=0.45J,求该过程中通过cd 棒横截面的电荷量;

(3)若已知cd 棒开始运动时距水平轨道高度h=10m,cd 棒由静止释放后,为使cd 棒中无感应电流,可让磁场Ⅱ的磁感应强度随时间变化,将cd 棒开始运动的时刻记为t=0,此时磁场Ⅱ的磁感应强度为B0=1T,试求cd 棒在倾斜轨道上下滑的这段时间内,磁场Ⅱ的磁感应强度随时间变化的关系式。

正确答案

(1)cd棒匀速运动时速度最大,设为vm,棒中感应电动势为E,电流为I,

感应电动势:E=BLvm,电流:I=

由平衡条件得:mgsinθ=BIL,代入数据解得:vm=1m/s;

(2)设cd从开始运动到达最大速度的过程中经过的时间为t,通过的距离为x,cd棒中平均感应电动势为E1,平均电流为I1,通过cd棒横截面的电荷量为q,

由能量守恒定律得:mgxsinθ=mvm2+2Q,

电动势:E1=,电流:I1=,电荷量:q=I1t,

代入数据解得:q=1C;

(3)设cd棒开始运动时穿过回路的磁通量为Φ0,cd棒在倾斜轨道上下滑的过程中,设加速度大小为a,经过时间t通过的距离为x1,穿过回路的磁通量为Φ,cd棒在倾斜轨道上下滑时间为t0,则:Φ0=B0L

加速度:a=gsinθ,位移:x1=1/2(at2

Φ=BL(﹣x1),=1/2(at02

解得:t0=s,

为使cd棒中无感应电流,必须有:Φ0=Φ,

解得:B= (t<s)

解析

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知识点

通电直导线在磁场中受到的力感生电动势、动生电动势
下一知识点 : 楞次定律
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