3.(复合场中受力+运动+恒定电流) 两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R,整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨向右匀速运动时,cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动,设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好,重力加速度为g,求:

(1)ab杆匀速运动的速度v1

(2)ab杆所受拉力F;

(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动h过程中,整个回路中产生的焦耳热.

解:(1)ab杆向右运动时,ab杆中产生的感应电动势方向为ab

大小为                       (1分)

cd杆中的感应电流方向为d→ccd杆受到的安培力方向水平向右    

安培力大小为     ①      (2分)

cd杆向下匀速运动,有          ②      (2分)

解①、②两式,ab杆匀速运动的速度为=  ③      (1分)

(2)ab杆所受拉力F+μmg④  (3分)

(3)设cd杆以速度向下运动过程中,ab杆匀速运动了距离,

, ∴                    (2分)

整个回路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功

==           (2分)

1.(复合场中受力+运动+能量守恒定律+恒定电流)如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨 MNPQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=30°,导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为L的金属棒ab垂直于MNPQ放置在导轨上,且始终与导轨电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右端电路,灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,电阻箱电阻调到使R2=12R,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,试求:

(1)金属棒下滑的最大速度为多大?

(2)当金属棒下滑距离为S0时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始下滑2S0的过程中,整个电路产生的电热;

(3)R2为何值时,其消耗的功率最大?消耗的最大功率为多少?

 

解:(1)当金属棒匀速下滑时速度最大,设最大速度为vm,达到最大时则有

mgsinθ=F                       (1分)

     FILB                         (1分)

                          (1分)

 其中  R=6R                       (1分)

所以    mgsinθ=                   (1分)

解得最大速度                  (1分)

(2)由能量守恒知,放出的电热 Q=2S0sinα-       (2分)

代入上面的vm值,可得            (2分)

(3)R2上消耗的功率                     (1分)

其中                       (1分)

 

    又                      (1分)

解以上方程组可得 (1分)

时,R2消耗的功率最大                (1分)

最大功率                         (1分)

7. 如图10-20所示,一块铜块左右两面接入电路中。有电流I自左向右流过铜块,当一磁感应强度为B的匀强磁场垂直前表面穿入铜块,从后表面垂直穿出时,在铜块上、下两面之间产生电势差,若铜块前、后两面间距为d,上、下两面间距为l。铜块单位体积内的自由电子数为n,电子电量为e,求铜板上、下两面之间的电势差U为多少?并说明哪个面的电势高。

[错解]电流自左向右,用左手定则判断磁感线穿过手心四指指向电流的方向,正电荷受力方向向上,所以正电荷聚集在上极板。随着正负电荷在上、下极板的聚集,在上、下极板之间形成一个电场,这个电场对正电荷产生作用力,作用力方向与正电荷刚进入磁场时所受的洛伦兹力方向相反。当电场强度增加到使电场力与洛伦兹力平衡时,正电荷不再向上表面移动。在铜块的上、下表面形成一个稳定的电势差U。研究电流中的某一个正电荷,其带电量为q,根据牛顿第二定律有

由电流的微观表达式I=nqSv

由几何关系可知 S=dl

[错解原因]上述解法错在对金属导电的物理过程理解上。金属导体中的载流子是自由电子。当电流形成时,导体内的自由电子逆着电流的方向做定向移动。在磁场中受到洛伦兹力作用的是自由电子。

[分析解答]铜块的电流的方向向右,铜块内的自由电子的定向移动的方向向左。用左手定则判断:四指指向电子运动的反方向,磁感线穿过手心,大拇指所指的方向为自由电子的受力方向。图10-21为自由电子受力的示意图。

随着自由电子在上极板的聚集,在上、下极板之间形成一个“下正上负”的电场,这个电场对自由电子产生作用力,作用力方向与自由电子刚进入磁场时所受的洛伦兹力方向相反。当电场强度增加到使电场力与洛伦兹力平衡时,自由电子不再向上表面移动。在铜块的上、下表面形成一个稳定的电势差U。研究电流中的某一个自由电子,其带电量为e,根据牛顿第二定律有

由电流的微观表达式I=neSv=nedlv。

[评析]本题的特点是物理模型隐蔽。按照一部分同学的理解,这就是一道安培力的题目,以为伸手就可以判断安培力的方向。仔细分析电荷在上、下两个表面的聚集的原因,才发现是定向移动的电荷受到洛伦兹力的结果。因此,深入分析题目中所叙述的物理过程,挖出隐含条件,方能有正确的思路。

 0  337332  337340  337346  337350  337356  337358  337362  337368  337370  337376  337382  337386  337388  337392  337398  337400  337406  337410  337412  337416  337418  337422  337424  337426  337427  337428  337430  337431  337432  337434  337436  337440  337442  337446  337448  337452  337458  337460  337466  337470  337472  337476  337482  337488  337490  337496  337500  337502  337508  337512  337518  337526  447090 

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网