题目内容

如图所示，宽度为L=0.40m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为R=2.0Ω的电阻．导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.40T．一根质量为m=0.1kg的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动，运动速度v=0.50m/s，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直．求：
（1）在闭合回路中产生的感应电流的大小；
（2）作用在导体棒上的拉力的大小及拉力的功率；
（3）当导体棒移动50cm时撤去拉力，求整个运动过程中电阻R上产生的热量．
分析：（1）由E=BLv求出导体棒切割磁感线产生的感应电动势，由欧姆定律求出感应电流；
（2）由F=BIL求出导体棒受到的安培力，然由平衡条件求出拉力，由P=Fv求出拉力的功率；
（3）由焦耳定律求出导体棒匀速运动时产生的焦耳热，由能量守恒定律求出撤去拉力后产生的焦耳热，然后求出整个过程的焦耳热．
解答：解：（1）感应电动势：E=BLv=0.40×0.40×0.5V=8.0×10-2V，
感应电流为：I=
E
R
=
8.0×10-2
2.0
A=4.0×10-2 A，
（2）导体棒匀速运动，安培力与拉力平衡：
F=FB=BIL=0.40×4.0×10-2×0.4N=6.4×10-3N，
拉力的功率为：P=Fv=6.4×10-3×0.50W=3.2×10-3W；
（3）导体棒移动35cm的时间为：t=
x
v
=
0.5m
0.5m/s
=1.0s，
根据焦耳定律：Q1=I2R t=0.042×2.0×1.0J=3.2×10-3J，
由能量守恒定律得：Q2=
1
2
mv2=
1
2
×0.1×0.502J=1.25×10-2J，
电阻R上产生的热量：Q=Q1+Q2=3.2×10-3+1.25×10-2J=1.57×10-2J；
答：（1）在闭合回路中产生的感应电流的大小是4.0×10-2 A；
（2）作用在导体棒上的拉力的大小是6.4×10-3N，拉力的功率是3.2×10-3W；
（3）整个运动过程中电阻R上产生的热量为1.57×10-2J．
点评：本题难度不大，熟练应用基础知识即可正确解题，最后一问是本题的易错点，要对两个阶段分别求焦耳热．
练习册系列答案
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如图所示，宽度为L=0.2m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为R=1.0Ω的电阻．导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.2T．一根质量为m=10g的导体棒MN放在导轨上，并与导轨始终接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计．现用垂直MN的水平拉力F拉动导体棒沿导轨向右匀速运动，速度为v=5.0m/s，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直．求：
（1）在闭合回路中产生感应电流的大小I；
（2）作用在导体棒上拉力的大小F；
（3）当导体棒移动50cm时撤去拉力，求整个过程中电阻R上产生的热量Q．
如图所示，宽度为L=0.5m的足够长的平行金属导轨MN、PQ的电阻不计，垂直导轨水平放置一质量为m=0.5kg、电阻为R=4Ω的金属杆CD，导轨上端跨接一个阻值RL=4Ω的灯泡，整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，导轨平面与水平面之间的夹角为θ=60°，金属杆由静止开始下滑，且始终与导轨垂直并良好接触，动摩擦因数为μ=
3
2
，下滑过程中当重力的最大功率P=12W时灯泡刚好正常发光（g=10m/s2）．求：
（1）磁感应强度B的大小；
（2）灯泡的额定功率PL；
（3）金属杆达到最大速度一半时的加速度大小．
（2010?济南一模）如图所示，宽度为L=0.20m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平桌面上，导轨的一端连接阻值为R=0.9Ω的电阻．导轨cd段右侧空间存在垂直桌面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.50T．一根质量为m=10g，电阻r=0.1Ω的导体棒ab垂直放在导轨上并与导轨接触良好．现用一平行于导轨的轻质细线将导体棒ab与一钩码相连，将重物从图示位置由静止释放．当导体棒ab到达cd时，钩码距地面的高度为h=0.3m．已知导体棒ab进入磁场时恰做v=10m/s的匀速直线运动，导轨电阻可忽略不计，取g=10m/s2．求：
（1）导体棒ab在磁场中匀速运动时，闭合回路中产生的感应电流的大小
（2）挂在细线上的钩码的重力大小
（3）求导体棒ab在磁场中运动的整个过程中电阻R上产生的热量．
精英家教网如图所示，宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上，框架的上端接有一特殊的电子元件，如果将其作用等效成一个电阻，则其阻值与其两端所加的电压成正比，即等效电阻R=kU，式中k为恒量．框架上有一质量为m的金属棒水平放置，金属棒与框架接触良好无摩擦，离地高为h，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面相垂直．将金属棒由静止释放，棒沿框架向下运动．不计金属棒电阻，问：
（1）金属棒运动过程中，流过棒的电流多大？方向如何？
（2）金属棒经过多长时间落到地面？
（3）金属棒从释放到落地过程中在电子元件上消耗的电能多大？
（2012?盐城三模）如图所示，宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上，框架的上端接有一个电子元件，其阻值与其两端所加的电压成正比，即R=kU，式中k为常数．框架上有一质量为m，离地高为h的金属棒，金属棒与框架始终接触良好无摩擦，且保持水平．磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于框架平面向里．将金属棒由静止释放，棒沿框架向下运动，不计金属棒电阻．重力加速度为g．求：
（1）金属棒运动过程中，流过棒的电流的大小和方向；
（2）金属棒落到地面时的速度大小；
（3）金属棒从释放到落地过程中通过电子元件的电量．

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