题目内容
9.如图1所示,两根足够长的金属导轨ab、cd与水平面成θ=37°固定,导轨间距离为L=1m,电阻不计.在导轨上端接一个阻值为R0的定值电阻.在c、N之间接有电阻箱.整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=lT;现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放.金属棒下滑过程中与导轨接触良好.金属棒与导轨间的滑动摩擦因数为μ=0.5.改变电阻箱的阻值R,测定金属棒的最大速度Vm,得到Vm-R的关系如图2所示.若轨道足够长,重力加速度g取10m/s2.求:(1)金属杆的质量m和定值电阻 R0的阻值;
(2)当电阻箱R取3.5Ω时,且金属杆的加速度为1m/s2时,此时金属杆的速度.
分析 (1)根据 E=BLv、欧姆定律和安培力、F=BIL推导出安培力的表达式,当杆匀速运动时速度最大,由平衡条件得到最大速度vm与R的关系式,根据图象的斜率和纵截距求解金属杆的质量m和电阻R0的阻值;
(2)当金属棒的加速度为1m/s2时时,根据牛顿第二定律求解速度.
解答 解:(1)金属杆切割磁感线产生的感应电动势:E=BLvm,
由闭合电路欧姆定律得:I=$\frac{E}{R+{R}_{0}}$,
金属杆速度最大时做匀速直线运动,由平衡条件得:
mgsinθ=BIL+μmgcosθ,解得:vm=$\frac{mg(sinθ-μcosθ)}{{B}^{2}{L}^{2}}$R+$\frac{mg(sinθ-μcosθ)}{{B}^{2}{L}^{2}}$R0,
由Vm-R图象可知:$\frac{mg(sinθ-μcosθ)}{{B}^{2}{L}^{2}}$=1,$\frac{mg(sinθ-μcosθ)}{{B}^{2}{L}^{2}}$R0=0.5,
解得:m=0.5kg,R0=0.5Ω;
(2)金属杆下滑速度为v时,E′=BLv,
电流:I′=$\frac{E′}{R+{R}_{0}}$,
由牛顿第二定律得:mgsinθ-BIL-μmgcosθ=ma,
代入数据解得:v=2m/s;
答:(1)金属杆的质量m为0.5kg,定值电阻R0的阻值为0.5欧姆;
(2)当电阻箱R取3.5Ω时,且金属杆的加速度为1m/s2时,此时金属杆的速度为2m/s.
点评 本题综合考查了法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律等,综合性强,对学生能力的要求较高,其中安培力的分析和计算是关键.
练习册系列答案
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19.
如图所示是高速公路旁的交通标志,图中的“100”表示小汽车必须限制在100km/h内行驶,“杭州 88km”表示到杭州还有88km.“100km/h”和“88km”分别指( )
| A. | 瞬时速度,位移 | B. | 瞬时速度,路程 | C. | 平均速度,位移 | D. | 平均速度,路程 |
20.如图所示,当一个行李箱随水平传送带一起向右匀速运动时,行李箱受到的力有( )

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17.关于人造地球卫星,下列说法中错误的是( )
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18.快热式电热水器,也叫即热电热水器,它无需巨大的储水桶,不需预热和保温.通电通水后打开出水口几秒种就会流出热水,即开、即热、即用、即停,省时、省电、省水、省空间,因此有逐渐替代储水式电热水器的趋势.如表是某快热式电热水器的铭牌,求该电热水器正常工作时:
(1)通过电热水器的电流;
(2)电热水器工作100s产生的热量.
| 快热式电热水器 | |
| 型号 | DSF-S6-80 |
| 额定电压 | 220V~ |
| 额定频率 | 50Hz |
| 额定功率 | 8800W |
| 额定压力 | 0.6Mpa |
| 防水等级 | LPX 4 |
(2)电热水器工作100s产生的热量.
19.假设地球是一半径为R,质量分布均匀的球体.假设一矿井深度为d=$\frac{R}{2}$,已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为( )
| A. | 4 | B. | $\frac{1}{4}$ | C. | 2 | D. | $\frac{1}{2}$ |