题目内容

【题目】如图(甲)所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距L=1m,两轨道之间用R=4Ω的电阻连接,一质量m=1kg的导体杆与两轨道垂直,静止放在轨道上,轨道的电阻可忽略不计.整个装置处于磁感应强度B=4T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上,现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆,拉力F与导体杆运动的位移s间的关系如图(乙)所示,当拉力达到最大时,导体杆开始做匀速运动,当位移s=2.5m时撤去拉力,导体杆又滑行了一段距离后停止.已知在拉力F作用过程中,通过电阻R上电量q为1.25C.在滑行的过程中电阻R上产生的焦耳热为.求:

(1)导体杆运动过程中的最大速度;

(2)拉力F的最大值;

(3)拉力F作用过程中,电阻R上产生的焦耳热.

【答案】(1)(2)8N(3)5J

【解析】(1)设金属棒的电阻为r.棒在拉力F作用过程中,根据

得:

可见r=R

在滑行s′的过程中电阻R上产生的焦耳热为 QR=4J,则棒上产生的热量也为QR=Qr=4J,所以回路中产生的总焦耳热为Q=QR+Qr=8J

根据能量守恒得:

解得:vm=4m/s.

(2)杆匀速运动时,所受的安培力为:

由于匀速运动,所以有:

(3)拉力F作用过程中,根据能量守恒定律得:

则得回路中产生的总焦耳热量为:

因为R=r,则电阻R上产生的焦耳热为:

练习册系列答案
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【题目】如图为验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1kg的重物自由下落,在纸带上打出了一系列的点,如图所示,相邻记数点间的时间间隔为0.04s,长度单位是cm,g取9.8m/s2.则:

(1)在该实验中,下面叙述正确的是(______)

A.应用天平称出重物的质量

B.应当选用点迹清晰,第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量

C.操作时应先放纸带,后接通电源

D.打点计时器应接在直流电源上

(2)验证机械能守恒定律的实验步骤有:

①把打点计时器安装在铁架台上,用导线将学生电源和打点计时器接好。

②重复上一步的过程,打三到五条纸带。

③把纸带的一端用夹子固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带,使重锤停靠在打点计时器附近。

④用公式,计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3、……并记录在表格中。

⑤接通电源,待计时器打点稳定后再松开纸带,让重锤自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点。

⑥计算各点的重力势能的减少量mghn和动能的增加量,并进行比较,看是否相等,将数值填入表格内。

⑦选择一条点迹清晰的纸带,在起始点标上O,以后各点依次为1、2、3、……用刻度尺测量对应下落的高度h1、h2、h3、……记入表格中。上述步骤合理的顺序应该是______________________。

(3)从打出的纸带中选出符合要求的纸带,如图所示(其中一段纸带图中未画出)。图中O点为打出的起始点,且速度为零。选取在纸带上打出的点A、B、C、D作为计数点,并测出A、B、C、D点距起始点O的距离如图所示。由此可计算出物体下落到B点时势能的变化量ΔEP=_____J(保留三位有效数字),动能的增加量ΔEk=_____J(保留三位有效数字)。

(4)该同学利用自己在做该实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以v2为纵轴画出了如图的图线。若图线的斜率为k, 则可知当地的重力加速的表达式为_____,图线不经过原点的可能原因是_____________________。

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