题目内容
20.(1)CD运动的最大速度是多少?
(2)当CD达到最大速度后,电阻R消耗的电功率是多少?
(3)当CD的速度是最大速度的$\frac{1}{4}$时,CD的加速度是多少?
分析 (1)CD棒从静止开始先做加速度减小的变加速直线运动,后做匀速直线运动,此时速度达到最大.由感应电动势、欧姆定律和安培力公式推导出安培力与速度的关系式,由平衡条件求出最大速度.
(2)先求出CD达到最大速度后的电流,再求解R的电功率.
(3)当CD的速度是最大速度的$\frac{1}{4}$时,根据安培力表达式求出此时的安培力,由牛顿第二定律求解加速度.
解答 解:(1)设CD运动的最大速度为vm.根据导体切割磁感应线产生的感应电动势计算公式可得:E=Blvm,
根据闭合电路的欧姆定律可得:I=$\frac{E}{R+r}$
根据安培力的计算公式可得:F安=BIl
得到安培力为:F安=$\frac{{B}^{2}{l}^{2}{v}_{m}}{R+r}$.
由平衡条件得:F=f+F安,
代入解得:vm=10m/s;
(2)当CD达到最大速度后,感应电动势为:E=Blvm=0.5×0.2×10V=1V,
电路中电流为:I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{1}{0.5+0.5}$A=1A,
电阻R消耗的电功率是:P=I2R=0.5W;
(3)当CD的速度是最大速度的$\frac{1}{4}$时,即速度为:v=$\frac{1}{4}×10$m/s=2.5m/s,
此时的安培力为:F安′=$\frac{{B}^{2}{l}^{2}v}{R+r}$=$\frac{0.{5}^{2}×0.{2}^{2}×2.5}{1}$N=0.025N,
根据牛顿第二定律可得:F-F安′-f=ma,
解得此时的加速度为:a=0.75m/s2.
答:(1)CD运动的最大速度:10m/s;
(2)当CD达到最大速度后,电阻R消耗的电功率是0.5W;
(3)当CD的速度是最大速度的$\frac{1}{4}$时,CD的加速度是0.75m/s2.
点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,根据平衡条件或牛顿第二定律列出方程;另一条是能量,分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题,根据动能定理、功能关系等列方程求解.
| A. | 当t>t0 时,b棒做匀速运动 | B. | 当t<t0 时,b棒做匀加速运动 | ||
| C. | 当t=2t0时,a棒加速度为$\frac{F}{m}$ | D. | 当t=2t0时,a棒加速度为$\frac{F}{2m}$ |
| A. | 向心力是指向圆心方向的合力,是根据力的作用效果命名的 | |
| B. | 向心力可以是多个力的合力,也可以是其中一个力或一个力的分力 | |
| C. | 对匀速圆周运动,向心力可以是一个恒力提供的 | |
| D. | 向心力能改变质点的线速度方向,有时候也能改变速度大小 |
| A. | 做匀速圆周运动的物体,所受合力是恒定的 | |
| B. | 物体在恒力作用下不可能做曲线运动 | |
| C. | 平抛运动是一种匀变速运动 | |
| D. | 物体只有受到方向时刻变化的力的作用才可能做曲线运动 |