题目内容

3.如图所示,水平面内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上,t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动.杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ.求:
(1)金属杆在磁场中运动时产生的感应电动势的大小E;
(2)金属杆进入磁场区域后,电阻消耗的电功率P.

分析 (1)根据牛顿第二定律和运动学公式求刚进入磁场时的速度,再根据法拉第电磁感应定律求切割电动势;
(2)进入磁场匀速运动受力平衡求出安培力,结合闭合电路欧姆定律求电流,然后由电功率的公式即可求出.

解答 解:(1)根据牛顿第二定律:F-μmg=ma
刚进磁场时的速度:v0=at0
感应电动势为:E=Blv0
解得:$E=\frac{Bl{t}_{0}(F-μmg)}{m}$
(2)匀速运动受力平衡:F=μmg+BIl
回路电流为:I=$\frac{F-μmg}{Bl}$
电阻消耗的功率:P=EI=$\frac{{t}_{0}}{m}(F-μmg)^{2}$
答:(1)金属杆在磁场中运动时产生的感应电动势的大小是$\frac{Bl{t}_{0}(F-μmg)}{m}$;
(2)金属杆进入磁场区域后,电阻消耗的电功率是$\frac{{t}_{0}}{m}(F-μmg)^{2}$.

点评 本题是电磁感应中的力学问题,知道受力情况,要能熟练运用动力学方法求解金属棒进入磁场时的速度.要知道安培力与速度成正比,都是常用的方法,这些思路要熟悉.

练习册系列答案
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18.某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律.

(1)实验中根据打点计时器打出的纸带,下列物理量中,不利用公式计算就能直接得到的是A
A.时间间隔  B.速度    C.加速度
(2)他进行了如下操作,其中没有必要进行的步骤是C,操作不当的步骤是E
A.按照图示的装置安装器材
B.将打点计时器连接到交流电源上
C.用天平测出重物的质量
D.将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔
E.先释放纸带,后接通电源
(3)该同学用如图1所示的实验装置做验证机械能守恒定律的实验.实验时让重物从高处由静止开始下落,重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点.已知纸带上相邻两个点的时间间隔为T,当地的重力加速度g,测出所用重物的质量为m.实验中得到一条点迹清晰的纸带如图2所示,把第一个点记作O,另选连续的3个点A、B、C作为测量的点.经测量知道OA=h1、OB=h2、OC=h3.根据以上数据可以算出由O点至B点的过程中,重物重力势能的减少量等于mgh2,动能的增加量等于$\frac{{m{{({h_3}-{h_1})}^2}}}{{8{T^2}}}$(用题中所给字母表示)
(4)在用图1所示装置做验证机械能守恒定律实验时,发现重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能,造成这种现象的原因是C
A.选用的重物质量太大            
B.重物的质量测量不准确
C.摩擦阻力和空气阻力的影响      
D.处理纸带时实验数据测量不准确
(5)实验中该同学进行拓展研究,若不计阻力,让重物从离地面高为h0处自由下落,该同学尝试画出了重物距离地面的高度h与速度v的关系图象.下列图3四个图中,能正确表示重物距离地面的高度h与速度v的关系的是C

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