题目内容
12.(1)乙金属杆刚进入磁场后做匀速运动,分析甲金属杆所在的位置并计算乙的电阻R为多少?
(2)以刚释放时t=0,写出从开始到甲金属杆离开磁场,外力F随时间t的变化关系,并说明F的方向.
(3)若从开始释放到乙金属杆离开磁场,乙金属杆中共产生热量Q=$\frac{1}{30}$J,试求此过程中外力F对甲做的功.
分析 (1)根据题意得到甲乙加速度相同,都是5m/s2,当乙进入磁场时,甲刚出磁场,由运动学公式求出乙进入磁场时的速度,乙金属杆刚进入磁场时作匀速运动,根据安培力的公式和平衡条件可求出甲乙的电阻R.
(2)甲在磁场中运动做匀加速运动,由速度公式得到速度与时间的关系式,根据牛顿第二定律求解外力F随时间t的变化关系.
(3)乙进入磁场前,甲乙发出相同热量.甲一直在磁场中时,外力F始终等于安培力,克服安培力做功等于甲乙产生的总热量;乙在磁场中运动时,根据动能定理求出乙放出的热量,即可求出甲乙发出的热量,再求出外力做功.
解答 解:(1)甲乙加速度相同(5m/s2),当乙进入磁场时,甲刚出磁场
乙进入磁场时速度 v=$\sqrt{2glsinθ}$=$\sqrt{2×10×0.4×0.5}$=2m/s ①
乙受力平衡 mgsinθ=F=$\frac{{B}^{2}{l}^{2}v}{2R}$ ②
R=$\frac{{B}^{2}{l}^{2}v}{2mgsinθ}$=$\frac{0.{2}^{2}×0.{4}^{2}×2}{2×0.02×10×0.5}$=0.064Ω
(2)甲在磁场中运动时,v=at=5t ③
外力F始终等于安培力,F=FA=BIl=B$\frac{Blv}{2R}$l=0.25t ④
F方向沿导轨向下
(3)乙进入磁场前,甲乙发出相同热量,设为Q1.
此过程中甲一直在磁场中,外力F始终等于安培力,则有WF=W安=2 Q1 ⑥
乙在磁场中运动发出热量Q2,
利用动能定理mglsinθ-2 Q2=0
得Q2=0.02J ⑦
甲乙发出相同热量Q1=$\frac{1}{2}$(Q-Q2)=$\frac{1}{2}$×($\frac{1}{30}$-0.02)=0.0133J
由于甲出磁场以后,外力F为零.得WF=2 Q1=0.0266J
答:
(1)甲乙的电阻R为0.064Ω.
(2)从开始到甲金属杆离开磁场,外力F随时间t的变化关系为F=0.25t,F的方向沿导轨向下.
(3)此过程中外力F对甲做的功为0.0267J.
点评 本题是复杂的电磁感应现象,是电磁感应与力学知识的综合,分析导体棒的运动情况,要抓住甲匀加速运动的过程中,外力与安培力大小相等.分别从力和能量两个角度进行研究.
| A. | 人对地板压力将减小 | B. | 地板对人的支持力将增大 | ||
| C. | 人所受的重力将会减小 | D. | 人所受的重力增大 |
| A. | 只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就一定有感应电流 | |
| B. | 当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,闭合电路中一定有感应电流 | |
| C. | 若闭合电路的一部分导体在磁场中运动,闭合电路中一定有感应电流 | |
| D. | 只要导线做切割磁感线运动,导线中就一定有感应电流 |
| A. | 只有静止的物体才受重力 | |
| B. | 两个相互接触的物体间一定有摩擦力 | |
| C. | 摩擦力的方向一定和物体运动方向相反 | |
| D. | 一个力被分解为两个分力,分力的大小可以都大于合力 |
| A. | $\frac{F}{16}$ | B. | 16F | C. | 4F | D. | $\frac{F}{4}$ |
| A. | 两个球总是同时落地 | |
| B. | 打击力F越大则A球落地越快 | |
| C. | 说明平抛物体的运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动 | |
| D. | 说明平抛物体的运动水平方向分运动是匀速运动 |
| A. | 牛顿第一定律 | B. | 牛顿第二定律 | C. | 牛顿第三定律 | D. | 万有引力定律 |
| A. | 物体处于超重状态 | B. | 物体的重力变大了 | ||
| C. | 物体处于失重状态 | D. | 电梯可能做加速上升 |