15.如圖甲所示,兩根間距L=1.0m,電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌ab、cd水平放置,一端與阻值R=2.0Ω的電阻相連,質(zhì)量m=0.2kg的導(dǎo)體棒ef在恒定外力F的作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng).已知導(dǎo)體棒與兩根導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力均為f=1.0N,導(dǎo)體棒電阻為r=10Ω,整個(gè)裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度a與速度v的關(guān)系如圖乙所示(取g=10m/s2),求:

(1)當(dāng)導(dǎo)體棒速度為v時(shí),棒所受安培力F的大小(用題中字母表示).
(2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大。
(3)若ef棒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)距離為S=6.9m時(shí),速度已達(dá)v=3m/s,求此過(guò)程中電路上產(chǎn)生的焦耳熱Q.

分析 (1)由法拉第電磁感應(yīng)定律:E=BLv 由歐姆定律:I=$\frac{E}{R+r}$ 導(dǎo)體棒所受安培力F=BIL,三式聯(lián)立求解安培力;
(2)由圖可知:導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a1=5m/s2,初速度v0=0,導(dǎo)體棒中無(wú)電流.當(dāng)導(dǎo)體棒的加速度a=0時(shí),開(kāi)始以v=3m/s做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解即可;
(3)功能關(guān)系知:(F-f)s=Q+$\frac{1}{2}$mv2,從而得熱量Q.

解答 解:(1)當(dāng)導(dǎo)體棒速度為v時(shí),導(dǎo)體棒上的電動(dòng)勢(shì)為E,電路中的電流為I.
由法拉第電磁感應(yīng)定律:E=BLv…①
由歐姆定律:I=$\frac{E}{R+r}$…②
導(dǎo)體棒所受安培力F=BIL…③
解①②③得:F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$…④
(2)由圖可知:導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a1=5m/s2,初速度v0=0,導(dǎo)體棒中無(wú)電流.
由牛頓第二定律知:F-f=ma1…⑤
解得:F=2N…⑥
由圖可知:當(dāng)導(dǎo)體棒的加速度a=0時(shí),開(kāi)始以v=3m/s做勻速運(yùn)動(dòng)
此時(shí)有:F-f-F=0…⑦
解④⑦得:B=$\sqrt{\frac{(F-f)(R+r)}{v{L}^{2}}}$
帶入數(shù)據(jù)解得:B=1T…⑧
(3)設(shè)ef棒此過(guò)程中,產(chǎn)生的熱量為Q,
由功能關(guān)系知:(F-f)s=Q+$\frac{1}{2}$mv2…⑨
帶入數(shù)據(jù)解得Q=6J…⑩
答:(1)當(dāng)導(dǎo)體棒速度為v時(shí),棒所受安培力F的大小為$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$.
(2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1T.
(3)若ef棒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)距離為S=6.9m時(shí),速度已達(dá)v′=3m/s.求此過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q為6J.

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電磁感應(yīng)與電路、運(yùn)動(dòng)學(xué)相結(jié)合的綜合題,分析清楚棒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、由圖象找出某時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的電流、應(yīng)用相關(guān)知識(shí),是正確解題的關(guān)鍵.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

5.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺(tái)、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、電源、秒表等,其中不必要的器材是秒表.由于重錘拖著紙帶運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中實(shí)際上還受到有阻力作用,因此,在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),得到重錘動(dòng)能的增量總小于重錘重力勢(shì)能的減少量(填“大于”、“等于”或“小于”).

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

6.一列簡(jiǎn)諧橫波沿x軸傳播,圖甲是t=1s時(shí)的波形圖,圖乙是x=3m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象,則該波的傳播速度為2m/s,傳播方向?yàn)閤軸負(fù)方向(選填“x軸正方向”,“x軸負(fù)方向”)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

3.下列說(shuō)法中正確的是( 。
A.氣體的溫度升高時(shí),分子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈,分子的平均動(dòng)能增大,撞擊器壁時(shí)對(duì)器壁的作用力增大,從而氣體的壓強(qiáng)不一定增大
B.氣體體積變小時(shí),單位體積的分子數(shù)增多,單位時(shí)間內(nèi)撞到器壁單位面積上的分子數(shù)增多,從而氣體的壓強(qiáng)一定增大
C.壓縮一定質(zhì)量的氣體,氣體的內(nèi)能一定增加
D.分子a只在分子b的分子力作用下,從無(wú)窮遠(yuǎn)處向固定不動(dòng)的分子b運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,當(dāng)a到達(dá)受b的作用力為零的位置時(shí),a的動(dòng)能一定最大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

10.如圖,光滑水平軌道上有三個(gè)質(zhì)量均為m的物塊A、B、C,其中C的左側(cè)固定輕彈簧.設(shè)A以速度v0朝B運(yùn)動(dòng),A與B相碰并粘結(jié)在一起,然后繼續(xù)朝C運(yùn)動(dòng),壓縮彈簧,最終A、B與彈簧分離.從A開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直至A、B與彈簧分離的過(guò)程中,求:
①整個(gè)系統(tǒng)損失的機(jī)械能
②物塊C的最大速度.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

20.如圖為某磁譜儀部分構(gòu)件示意圖.圖中,永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場(chǎng),硅微條徑跡探測(cè)器可以探測(cè)粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡.宇宙射線(xiàn)中含有電子、正電子和質(zhì)子,分別以不同速度從上部垂直進(jìn)入磁場(chǎng),下列說(shuō)法正確的是( 。
A.電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定相同
B.電子與正電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同
C.同一粒子動(dòng)能越大,它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越大
D.僅依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

7.豎直放置的“”形支架上,一根不可伸長(zhǎng)的輕繩通過(guò)輕質(zhì)滑輪懸掛一重物G,現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點(diǎn),另一端從與A點(diǎn)等高的B點(diǎn)沿支架緩慢地向C點(diǎn)移動(dòng),則繩中拉力大小變化的情況是( 。
A.先變小后變大B.先不變后變小C.先不變后變大D.先變大后變小

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

4.航天飛機(jī)水平降落在平直跑道上,其減速過(guò)程可簡(jiǎn)化為兩個(gè)勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).航天飛機(jī)以水平速度v0著陸后立即打開(kāi)減速阻力傘,加速度大小為a1,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后減速為v;隨后在無(wú)阻力傘情況下勻減速直至停下,已知兩個(gè)勻減速滑行過(guò)程的總時(shí)間為t,求:
(1)第二個(gè)減速階段航天飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度大小
(2)航天飛機(jī)降落后滑行的總路程.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

5.如圖所示,理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)之比為10:1,b是原線(xiàn)圈的中心抽頭,電壓表和電流表均為理想電表,從某時(shí)刻開(kāi)始在原線(xiàn)圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1=220$\sqrt{2}$sinπt(V),則(  )
A.當(dāng)t=$\frac{1}{600}$s時(shí),電壓表V0的讀數(shù)為110$\sqrt{2}$V
B.當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí),電壓表V1的示數(shù)為22V
C.單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接,在滑動(dòng)變阻器滑片P向上移動(dòng)的過(guò)程中,電壓表V1的示數(shù)增大,電流表示數(shù)變小
D.當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí),電壓表V1和電流表的示數(shù)均變小

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