题目内容
1.(1)求传送带的运行速度v0.
(2)不需要求解过程,请定性画出导体棒P两端的电压Up随时间t的变化关系(从进入磁场开始计时).
(3)求从导体棒P、Q在传送带上自由释放开始到穿出磁场的过程中产生的总内能.
分析 (1)由E=BLv求出感应电动势、由欧姆定律求出电流、由安培力公式与平衡条件求出导体棒做匀速运动的速度,由动能定理求出传送带的速度.
(2)分三段求出电压随时间的变化关系,然后作出图象.
(3)由运动学公式求出导体棒与传送带间的相对位移,由能量守恒定律求出导体棒穿出磁场的过程中产生的总内能.
解答 解:(1)导体棒P进入磁场时做匀速运动,设切割磁感线的速度为v,则感应电动势E=BLv
感应电流 I=$\frac{E}{2R}$
导体棒受到的安培力F安=BLI=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{2R}$
由平衡条件可知 F安=mgsin θ
解得v=4 m/s
导体棒P脱离传送带时已与传送带共速,设传送带的速度为v0,导体棒P沿斜面下滑x1的过程中,由动能定理得
mgx1sin θ=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
解得 v0=3 m/s,即传送带的运行速度为3 m/s.
(2)导体棒P匀速进入磁场时,两端电压UP=IR=$\frac{E}{2R}$•R=$\frac{BLv}{2}$
导体棒P、Q都进入磁场共同加速时,UP′=E=BLv
导体棒P出磁场后,只有导体棒Q切割磁场,做变减速运动,U″P=$\frac{BLv}{2}$
电压随时间的定性变化图象如图.
(3)导体棒P、Q在传送带上加速过程中产生的内能为Q1=2μmgs相对=0.9 J ![]()
导体棒P匀速进入磁场过程中,有x3=vt
由功能关系得Q2=mgx3sin θ=0.4 J
导体棒P、Q共同在磁场中加速下滑过程中,
x4=x2-x1-x3=0.9 m
设导体棒P出磁场时速度为u,由运动学规律得
u2-v2=2ax4,解得 u=5 m/s
导体棒Q切割磁感线时下滑的距离为 x5=0.8 m
由功能关系得Q3=mgx3sin θ-$\frac{1}{2}m{v}^{2}$+$\frac{1}{2}m{u}^{2}$=0.45 J
Q=Q1+Q2+Q3=1.75 J.
答:
(1)传送带的运行速度v0为3 m/s.
(2)画出导体棒P两端的电压Up随时间t的变化关系如图所示.
(3)从导体棒P、Q在传送带上自由释放开始到穿出磁场的过程中产生的总内能为1.75 J.
点评 本题考查了求速度、作U-t图象、求产生的内能等问题,关键要分析清楚导体棒的运动过程,再应用E=BLv、应用欧姆定律、安培力公式、平衡条件、应用能量守恒定律即可正确解题.
| A. | 甲做的可能是直线运动 | |
| B. | 乙做的可能是直线运动 | |
| C. | 乙做的可能是匀变速运动 | |
| D. | 甲受到的合力可能是恒力,乙受到的合力一定是变力 |
| A. | 物块在4s内位移是8m | B. | 物块的质量是1kg | ||
| C. | 物块与水平面间动摩擦因数是0.4 | D. | 物块在4 s内电势能减少了14J |
| A. | ρ=1.27×1011 kg/m3 | B. | ρ=1.27×1014 kg/m3 | ||
| C. | ρ=1.43×1011 kg/m3 | D. | ρ=1.43×1014 kg/m3 |
| A. | 弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为mgh | |
| B. | 弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为$\frac{mgh}{2}$ | |
| C. | B能达到的最大高度为$\frac{h}{2}$ | |
| D. | B能达到的最大高度为$\frac{h}{2}$ |