题目内容
11.(1)求金属杆在MN左侧轨道上匀速运动时速度的大小v0以及拉力的功率P0
(2)当金属棒运动到MN时,立即调整水平拉力F的大小,保持其在MN左端运动时的功率P0不变,经过t=1s时间金属棒已经达到稳定速度v,求金属棒的稳定速度v以及该t=1s时间内电阻R上产生的焦耳热Q.
分析 (1)根据电功率的计算公式求解电流强度大小,拉力与摩擦力的合力功率等于电功率求解速度大小,根据闭合电路的欧姆定律求解BL的值,根据P=Fv求解电功率;
(2)根据拉力功率等于克服安培力做功功率求解速度大小,根据动能定理求解产生的焦耳热,由此求解电阻R上产生的焦耳热.
解答 解:(1)由P=I2R可得:I=$\sqrt{\frac{P}{R}}=\sqrt{\frac{2}{2}}A=1A$,
由于金属棒匀速运动,所以拉力与摩擦力的合力功率等于电功率,即:
(F-μmg)v0=I2(R+r),
解得:v0=1m/s,
设导轨宽度为L,磁感应强度为B,根据闭合电路的欧姆定律可得:
I(R+r)=BLv0,
解得:BL=$\frac{I(R+r)}{{v}_{0}}=\frac{1×3}{1}T•m=3T•m$
拉力的功率为:
P0=Fv0=5×1W=5W;
(2)当金属棒运动到MN时,摩擦力消失,金属棒做加速度减小的加速运动,当拉力与安培力相等时匀速运动;
此时拉力的功率等于克服安培力做功功率,则有:
P0=BI′Lv=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}^{2}}{R+r}$,
解得:v=$\frac{\sqrt{15}}{3}m/s$;
设该过程中克服安培力做的功为W,根据动能定理可得:
P0t-W=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$,
解得:W=$\frac{25}{6}$J,所以整个回路中产生的焦耳热为:
Q总=W=$\frac{25}{6}$J,
根据焦耳定律可得:Q=$\frac{R}{R+r}{Q}_{总}=\frac{2}{3}×\frac{25}{6}J=\frac{25}{9}$J.
答:(1)金属杆在MN左侧轨道上匀速运动时速度的大小为1m/s,拉力的功率为5W;
(2)金属棒的稳定速度为$\frac{\sqrt{15}}{3}$m/s,该t=1s时间内电阻R上产生的焦耳热为$\frac{25}{9}$J.
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,重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题,根据平衡条件列出方程;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. | tl=t2 | B. | tl<t2 | C. | v0>vl | D. | v0<vl |
| A. | 火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度 | |
| B. | 火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度 | |
| C. | 火星的第一宇宙速度与第二宇宙速度之比为$\sqrt{2}$:l | |
| D. | 火星绕太阳公转的周期约为2年 |
| A. | 测力计示数为F2时,弹簧一定处于压缩状态 | |
| B. | 测力计示数为F2时,弹簧可能处于压缩状态 | |
| C. | μ=$\frac{{F}_{1}d}{{F}_{2}h}$ | |
| D. | μ=$\frac{{F}_{2}h}{{F}_{1}d}$ |
| A. | 所有元素都可能发生衰变 | |
| B. | 放射性元素的半衰期与外界的温度有关 | |
| C. | 当放射性元素与别的元素形成化合物时其放射性消失 | |
| D. | α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强 |