题目内容
【题目】如图所示,MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距L为1 m,电阻不计.导轨所在的平面与磁感应强度B为1 T的匀强磁场垂直.质量m=0.2 kg、电阻r=1 Ω的金属杆ab始终垂直于导轨并与其保持光滑接触,导轨的上端接有阻值为R=3 Ω的灯泡.金属杆从静止下落,当下落高度为h=4 m后灯泡保持正常发光.重力加速度为g=10 m/s2.求:
(1)灯泡的额定功率;
(2)金属杆从静止下落4 m的过程中通过灯泡的电荷量;
(3)金属杆从静止下落4 m的过程中灯泡所消耗的电能.
【答案】(1)灯泡的额定功率是12W;
(2)金属杆从静止下落4m的过程中通过灯泡的电荷量是1C;
(3)金属杆从静止下落4m的过程中灯泡所消耗的电能是1.2J.
【解析】试题分析:(1)灯泡保持正常发光时,金属杆做匀速运动,重力与安培力二力平衡,列出平衡方程,可得到灯泡的额定电流,即可求得其额定功率.
(2)根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量的公式结合求解电量.
(3)根据能量守恒定律求解灯泡所消耗的电能.
解:(1)灯泡保持正常发光时,金属杆做匀速运动 mg=BIL
得灯泡正常发光时的电流 I==A=2A
则额定功率P=I2R=22×3W="12" W
(2)平均电动势=,平均电流=
则电荷量q=△t==C="1" C
(3)E=I(R+r)=BLv
得金属杆匀速时的速度为v==="8" m/s
由能量守恒有:mgh=mv2+W电
得回路中消耗的总的电能W电="1.6" J
则灯泡所消耗的电能WR=W电=×1.6J="1.2" J
答:
(1)灯泡的额定功率是12W;
(2)金属杆从静止下落4m的过程中通过灯泡的电荷量是1C;
(3)金属杆从静止下落4m的过程中灯泡所消耗的电能是1.2J.
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