题目内容

12.如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m.导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T,将质量m1=0.1kg,电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑.然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg,电阻R2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑.cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与轨道保持良好接触,g取10m/s2.问
(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab将要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是多少.

分析 (1)由右手定则可以判断出感应电流方向;
(2)分别对ab和cd棒受力分析,根据E=BLv以及闭合电路欧姆定律,结合平衡条件、安培力公式求出cd棒的速度;
(3)由能量守恒定律可以求出热量.

解答 解:(1)由右手定则可知,电流由a流向b;
(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,
由平衡条件得:Fmax=m1gsinθ,
ab刚好要上滑时,感应电动势:E=BLv,
电路电流:I=$\frac{E}{{R}_{1}+{R}_{2}}$,
ab受到的安培力:F安=BIL,
此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,
由平衡条件得:F安=m1gsinθ+Fmax,
代入数据解得:v=5m/s;
(3)cd棒运动过程中电路产生的总热量为Q总,
由能量守恒定律得:m2gxsinθ=Q总+$\frac{1}{2}$m2v2,
ab上产生的热量:Q=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$Q总,
联立解得:Q=1.3J;
答:(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向为:电流由a流向b;
(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度为5m/s;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是1.3J.

点评 本题是复杂的电磁感应现象的考查,是关于电磁感应与力学知识的综合,注意分析导体棒的运动情况,要抓住甲匀加速运动的过程中,外力与安培力大小相等.分别从力和能量两个角度进行研究即可正确求解.

练习册系列答案
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5.某同学做“测匀变速直线运动的加速度”的实验装置如图1所示.一小车放在水平长木板上,左侧拴有一细软线,跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连,小车右侧与穿过电火花计时器的纸带相连,在重物牵引下,小车在木板上向左运动.图2给出了电火花计时器在纸带上打出的一些计数点,相邻的两个计数点间还有4个点没画出,电火花计时器所用的交流电频率为50Hz.

(1)实验中,除电火花打点计时器(含纸带、墨粉纸)、小车、平板、导线、细线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有BCF.(填选项代号)
A.电压为4~6V的50Hz交流电源     B.电压为220V的50Hz交流电源
C.刻度尺       D.停表            E.天平        F.重锤
(2)该同学进行了以下实验操作步骤,其中错误的步骤是AD
A.将打点计时器固定在长木板有滑轮一端,并接好电路
B.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着适当重的钩码
D.拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器的一端后,放开纸带,再接通电源
(3)根据纸带可以计算各点的瞬时速度及小车加速度,现计算第2点的瞬时速度:v2=0.396m/s,小车的加速度为a=0.380m/s2.(结果取三位有效数字)
(4)另一同学利用如图2所示的装置测定导轨上滑块运动的加速度,滑块上安装了宽度为d的遮光板.滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门A、B,配套的数字毫秒计(图中未画出)记录了遮光板通过光电门A、B的时间为△t1.△t2.两个光电门A、B间距离为L,则滑块的加速度表达式为a=$\frac{(\frac{d}{△{t}_{2}})^{2}-(\frac{d}{△{t}_{1}})^{2}}{2L}$.(用题中字母表示)

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