题目内容

4.如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为l,两导轨间连有一电阻R,导轨平面与水平面的夹角为θ,在两虚线间的导轨上涂有薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从h高度处由静止释放,在刚要滑到涂层处时恰好匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且仅与涂层间有摩擦,动摩擦因数μ=tanθ,其他部分的电阻不计,重力加速度为g,下列说法正确的是(  )
A.导体棒到达涂层前做加速度减小的加速运动
B.在涂层区导体棒做减速运动
C.导体棒到达底端的速度为$\frac{mgRsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$
D.整个运动过程中产生的焦耳热为mgh-$\frac{{m}^{3}{g}^{2}si{n}^{2}θ}{2{B}^{4}{L}^{4}}$

分析 研究导体棒在绝缘涂层上匀速运动过程,受力平衡,根据平衡条件即可求解动摩擦因数μ.据题导体棒在滑上涂层之前已经做匀速运动,推导出安培力与速度的关系,再由平衡条件求解速度v.

解答 解:A、导体棒到达涂层前速度越来越大,由E=BLv得,感应电动势越来越大,根据I=$\frac{E}{R}$和F=BIL得,所受的安培力越来越大,由F=mgsinθ-BIL=ma得,加速度越来越小,故A正确;
B、当导体到达涂层时,所受力平衡,但是到达涂层后,安培力消失,受力分析得导体受力平衡,故导体匀速运动,故B错误;
C、根据受力平衡条件得:BIL=mgsinθ,得:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}=mgsinθ$,所以v=$\frac{mgRsinθ}{{B}^{2}{L}^{2}}$,故C正确;
D、由能量守恒产生的焦耳热Q=mgh-$\frac{1}{2}m{v}^{2}$-mgsinθL=mgh-$\frac{{m}^{3}{g}^{2}si{n}^{2}θ}{2{B}^{4}{L}^{4}}$-mgsinθL,故D错误;
故选:AC

点评 本题考查平衡条件的应用,注意感应电动势和安培力的求解方式,属于中等难度.

练习册系列答案
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15.像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如图1所示.a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.气垫导轨是常用的一种实验装置,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.
我们可以用带光电门E、F的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如图2所示,(滑块A和B上的完全相同的挡光板未画出来),采用的实验步骤如下:
a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA,mB
b.调整气垫导轨,使导轨处于水平
c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上
d.按下电钮放开卡销,光电门E、F各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1和t2.

(1)利用上述测量的实验数据,只要表达式$\frac{{m}_{A}}{△{t}_{1}}=\frac{{m}_{B}}{△{t}_{2}}$成立(用实验步骤中的物理量表示),就可以验证动量守恒定律.
(2)在本实验中,哪些因素可导致实验误差A.
A.导轨安放不水平
B.两滑块质量不相等
C.滑块上挡光板倾斜
D.滑块A和B上的挡光板宽度不严格相等
(3)利用上述实验数据测出被压缩弹簧的弹性势能的大小,还要测量的一个物理量是光板的宽度d.,请写出弹簧的弹性势能的表达式Ep=$\frac{{m}_{A}{d}^{2}}{2△{t}_{1}^{2}}+\frac{{m}_{B}{d}^{2}}{2△{t}_{2}^{2}}$.

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