题目内容

【题目】如图甲所示,P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨,间距为d,处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直放在P、Q导轨上,导体棒ef与P、Q导轨间的动摩擦因数为μ。质量为M的正方形金属框abcd的边长为L,每边电阻均为r,用细线悬挂在竖直平面内,ab边水平,金属框a、b两点通过细导线与导轨相连,金属框的上半部分处在磁感应强度大小为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中,下半部分处在大小也为B、方向垂直框面向外的匀强磁场中,不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动,从导体棒开始运动时计时,悬挂金属框的细线的拉力T随时间t的变化如图乙所示,求:

(1)t0时刻以后通过ab边的电流;

(2)t0时刻以后电动机牵引力的功率P;

(3)求0到t0时刻导体棒ef受到的平均合外力

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

外电路是:ad、dc、cb三边电阻串联后再与ab边电阻并联构成,根据受力平衡列方程即可求解,注意并联电路中电流与电阻关系;根据闭合电路欧姆定律和平衡条件列出等式求解最大速度,再根据平衡条件求解牵引力,根据P=Fv求解牵引力的功率;根据动量定理列方程求解合外力。

(1)以金属框为研究对象,从t0时刻开始拉力恒定,故电路中电流恒定,设ab边中电流为I1,cd边中电流为I2

由受力平衡:BI1L+T=Mg+BI2L

由图象知:T=

ad、dc、cb三边电阻串联后再与ab边电阻并联,所以I1:I2=3:1 I1=3I2

由以上各式解得:I1=

(2)设总电流为I,由闭合路欧姆定律得:

电动势为:E=Bdv

电流为:

解得:v=

由电动机的牵引功率恒定:P=Fv

对导体棒:F=μmg+BId

解得:P=

(3)从0到t0时刻,导体棒的速度从0增大到v=

由动量定理可知:

解得:

练习册系列答案
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【题目】(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图象如图乙中的直线Ⅰ所示,乙同学画出的a-F图象如图乙中的直线Ⅱ所示.直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大,明显超出了误差范围,下面关于形成这种状况原因的解释正确的是(填字母代号)(____).

A.实验前甲同学没有平衡摩擦力

B.甲同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

C.实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

(2)下图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图下列说法中正确的是___________________.

A.连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行

B.将打点计时器接在6V电压的蓄电池上,先接通电源,后放开

小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量…

C.在探究a与质量M的关系时,作出 a—图象能更直观地判断二者间的关系

D.细线对小车的拉力,一定等于砝码和沙桶的总重力

(3)图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.

实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是(____)

A.M=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g

B.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g

C.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g

D.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g

(4)如图是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,量出相邻的计数点之间的距离分别为:sAB=4.22 cm、sBC=4.65 cm、sCD=5.08 cm、sDE=5.49 cm,sEF=5.91 cm,sFG=6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度a=________m/s2.(结果保留两位有效数字)

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