题目内容
15.(1)t0时刻导体棒中的电流大小和方向;
(2)导体棒运动的最大速度v;
(3)若从静止开始到导体棒达到最大速度,电阻R产生的热量为Q,则这个过程中导体棒下落的高度h.
分析 (1)由法拉第电磁感应定律求解感应电动势,再有欧姆定律求解电流的变化,
(2)最大速度时,加速度应为0,由牛顿第二定律即可求解,
(3)根据能量守恒定律求解即可,
解答 解:(1)0~t0时间内,回路中产生的感应电动势$E=\frac{△φ}{△t}={d^2}\frac{△B}{△t}=\frac{{B{d^2}}}{t_0}$
0~t0时间内,回路中的电流为$I=\frac{E}{R+r}$此阶段电流恒定
t0时刻之后,导体棒从静止开始下落,速度逐渐增大,而加速度逐渐减小,电动势E=Bdv,而电流i=$i=\frac{E}{R+r}=\frac{Bdv}{R+r}$故电流也随时间变化的规律与速度随时间变化规律类似.
图象如图![]()
故t0时刻电阻中的电流大小为零.
(2)t0时刻之后,当速度增大到使导体棒受到的安培力与重力相等时,速度达到最大$\frac{{{B^2}{d^2}v}}{R+r}=mg$
解得导体棒运动的最大速度 $v=\frac{mg(R+r)}{{{B^2}{d^2}}}$
(3)电阻R产生了Q的热量,则回路产生的热量一共为$\frac{(R+r)Q}{R}$
由能量转化与守恒定律得导体棒下落 时重力势能转化为导体棒的动能和回路中的内能,即
mgh=$\frac{1}{2}m{v^2}+\frac{(R+r)Q}{R}$
解得h=$\frac{v^2}{2g}+\frac{(R+r)Q}{Rmg}$=$\frac{{{m^2}g{{(R+r)}^2}}}{{2{B^4}{d^4}}}+\frac{(R+r)Q}{Rmg}$
答:(1)t0时刻导体棒中的电流大小为零;
(2)导体棒运动的最大速度v为$\frac{mg(R+r)}{{B}^{2}{d}^{2}}$;
(3)若从静止开始到导体棒达到最大速度,电阻R产生的热量为Q,则这个过程中导体棒下落的高度h为$\frac{{{m^2}g{{(R+r)}^2}}}{{2{B^4}{d^4}}}+\frac{(R+r)Q}{Rmg}$.
点评 当杆做匀速运动时速度最大,应用平衡条件、安培力公式、能量守恒定律即可正确解题.杆克服安培力做功转化为焦耳热,可以从能量角度求焦耳热.
| A. | 一直减小 | B. | 一直增大 | C. | 先变大后变小 | D. | 先变小后变大 |
| A. | 地球的引力较大,发射同一卫星需要提供的总能量较少 | |
| B. | 地球自转线速度较大,发射同一卫星需要提供的总能量较少 | |
| C. | 重力加速度较大,地球自转线速度也较大,发射同一卫星需要提供的总能量较多 | |
| D. | 地球自转角速度较大,地球自转线速度也较大,发射同一卫星需要提供的总能量较多 |
| A. | 增大 I | B. | 增大B0 | C. | 减小k | D. | 增大v |
| A. | 磁通量是反映磁场强弱的方向的物理量 | |
| B. | 某一面积上的磁通量表示穿过此面积的磁感线的总条数 | |
| C. | 在磁场中所取的面积越大,该面上的磁通量越大 | |
| D. | 穿过任何封闭曲面的磁通量一定为零 |
| A. | 2.0×10-4 v | B. | 1.0×10-4 v | C. | 2.0×104 v | D. | 1.0×104 v |
| A. | 可能沿OA方向 | B. | 一定沿OB方向 | C. | 可能沿OC方向 | D. | 可能沿OD方向 |