题目内容
【题目】如图甲所示,足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨
,
竖直放置,其宽度
,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端
与
之间连接阻值为
的电阻,质量为
、电阻为
的金属棒
紧贴在导轨上。现使金属棒
由静止开始下滑,下滑过程中
始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离
与时间
的关系如图乙所示,图象中的
段为曲线,
段为直线,导轨电阻不计,
(忽略
棒运动过程中对原磁场的影响),求:
![]()
(1)判断金属棒两端
、
的电势高低;
(2)磁感应强度
的大小;
(3)在金属棒
从开始运动的
内,电阻
上产生的热量。
【答案】(1)
点电势高,
点电势低。 (2)
(3) ![]()
【解析】试题(1)由右手定则判断出感应电流方向,然后判断电势高低。(2)由题,x-t图象AB段为直线,说明从t=1.5s时开始金属棒ab做匀速直线运动,由图线的斜率求出速度,推导出安培力的表达式,根据平衡条件求出磁感应强度B的大小。(3)根据能量守恒定律和焦耳定律求解金属棒ab在开始运动的1.5s内,电路中产生的热量;
(1)由右手定则可知,ab中的感应电流由a流向b,ab相当于电源,则b点电势高,a点电势低;
(2)由x-t图象求得t=1.5s时金属棒的速度为:![]()
金属棒匀速运动时所受的安培力大小为:
,
,![]()
联立得:![]()
根据平衡条件得:![]()
则有:![]()
代入数据解得:B=0.1T
(3)金属棒ab在开始运动的1.5s内,金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能。设电路中产生的总焦耳热为Q
根据能量守恒定律得:![]()
代入数据解得:Q=0.455J
故R产生的热量为![]()
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