题目内容

【题目】如图所示,固定的光滑金属导轨间距为L,导轨电阻不计,上端a、b间接有阻值为R的电阻,导轨平面与水平面的夹角为θ,且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有沿轨道向上的初速度v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.已知弹簧的劲度系数为k,弹簧的中心轴线与导轨平行.

(1)求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向;

(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v,求此时导体棒的加速度大小a;

(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为Ep,求导体棒从开始运动直到停止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q.

【答案】(1),方向为b到a;

(2)

(3)

【解析】

(1)棒向上运动切割磁感线,由E1=BLv0,求感应电动势,由欧姆定律求感应电流,根据右手定则判断感应电流的方向。

(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v,棒产生的感应电动势为E2=BLv,再由欧姆定律求得感应电流,由F=BIL求出此时棒所受的安培力,根据牛顿第二定律就可以求出加速度。

(3)导体棒最终静止时,由胡克定律求出弹簧的被压缩长度x,对整个过程,运用能量守恒列式,可求出回路产生的总热量,再用串联关系求出R上产生的焦耳热Q。

(1)棒产生的感应电动势:

通过R的电流大小:

根据右手定则判断电流方向b→a

(2)棒产生的感应电动势为:

感应电流:

棒受到的安培力大小:

方向沿斜面向上,根据牛顿第二定律,有:

解得:

(3)导体棒最终静止,有:

解得压缩量:

设整个过程回路产生的焦耳热为Q0,根据功能关系,有:

解得:

电阻R上产生的焦耳热:

答:(1)初始时刻通过电阻R的电流,方向为b到a;

(2)此时导体棒的加速度大小;

(3)从开始运动直到停止的过程中,电阻R上产生的焦耳热

练习册系列答案
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(1)导体棒ab中的感应电动势是多大?通过电阻r的电流多大?

(2)a、b两点间的电势差是多大?a、b两点哪一点的电势高?

(3)在ab棒中产生感应电动势的非静电力是什么力?在图中面出导体棒ab中自由电荷受到的非静电力F的方向;

(4)整个回路在t时间内产生了多少热量?这个热量是如何产生的?试从功能转化角度简要分析;

(5)若加大外力,使得导体棒的速度从v变为2v,并测得导体棒加速运动过程中,电路产生的热量为Q.求这个过程中,外力做了多少功?

(6)若导体棒速度达到2v后,立即撤去水平向右的外力,则导体棒ab将做什么运动?最终状态是什么?从撤去外力到导体棒达到稳定状态的过程中,电阻上产生了多少热?

(7)若将MP之间的电阻换成一个线圈电阻为r的直流电动机,当导体棒ab以速度向右做匀速运动时,流过会属棒的电流为,此时电动机恰可在竖直方向匀速提升质量为m的重物。若电动机各部分间摩擦损耗可忽略不计,求此时重物竖直上升的速度.

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