如圖所示，兩根正對(duì)的距離為L=1m的平行金屬直物直MN、M’、N'位于同一水平面上，兩端M、M’之間接一阻值為R=4Ω的定值電阻，NN’端與兩條位于豎直平面內(nèi)的半徑均為Ro=0.4m的半圓形光滑金屬習(xí)口直NP，N'P’平滑連接直軌道的右側(cè)處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為s=0.5m，且其右邊界與NN’重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=lkg，電阻為r=1Ω的一導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界也為s處．在與桿垂直的，水平向右且大小為38N的恒力F作用下ab桿開始運(yùn)動(dòng)．當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)右邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)休桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形習(xí)U首的最高點(diǎn)PP'．已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與輛連接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=02，軌道的電阻可忽略不計(jì)，重力加速度g取l Om/s2，求：
（1）ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)桿中電流的大小和方向；
（2）ab穿過磁場(chǎng)的過程中，通過ab桿的電量；
（3）ab穿過磁場(chǎng)的過程中，ab桿損失的機(jī)械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

【答案】分析：（1）導(dǎo)體桿ab在F作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理求出ab運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)左邊界時(shí)的速度，由公式E=BLv、I=求出ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)桿中電流的大小，由右手定則判斷感應(yīng)電流的方向．
（2）由 、、聯(lián)立得到通過ab桿的電量．
（3）導(dǎo)體桿ab恰好能通過半圓形軌道的最高點(diǎn)，由牛頓第二定律求出通過最高點(diǎn)時(shí)的速度．導(dǎo)體桿從NN′運(yùn)動(dòng)至PP′的過程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，求出ab通過NN′時(shí)的速度．a(chǎn)b穿過磁場(chǎng)的過程中，ab桿損失的機(jī)械能等于其動(dòng)能的減少．根據(jù)能量守恒求出焦耳熱．
解答：解：（1）設(shè)導(dǎo)體桿ab在F作用下運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)左邊界時(shí)的速度為v1，根據(jù)動(dòng)能定理有：…①
導(dǎo)體桿ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E1=BLv1…②
由閉合電路歐姆定律有：…③
聯(lián)解①②③得：I=1.2A…④
根據(jù)右手定則可知，電流方向由b→a．…⑤
（2）設(shè)導(dǎo)體桿ab穿過磁場(chǎng)的所用時(shí)間為t，根據(jù)電流強(qiáng)度定義、法拉弟電磁感應(yīng)定律及閉合電路歐姆定律有：
  …⑥
  …⑦
  …⑧
聯(lián)解⑥⑦⑧得：q=0.1C…⑨
（3）設(shè)導(dǎo)體桿ab離開磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v2，運(yùn)動(dòng)到圓軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為v3．導(dǎo)體桿ab恰好能通過半圓形軌道的最高點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)體桿ab在最高點(diǎn)時(shí)根據(jù)牛頓定律有：…⑩
導(dǎo)體桿從NN′運(yùn)動(dòng)至PP′的過程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有：…（11）
導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中，由能量守恒定律有：…（12）
導(dǎo)體桿損失的機(jī)械能：…（13）
電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為：…（14）
聯(lián)解⑩（11）（12）（13）（14）得：
△E=8 J…（15）
QR=20.8 J…（16）
答：
（1）ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)桿中電流的大小是1.2A，方向由b→a．
（2）a6穿過磁場(chǎng)的過程中，通過ab桿的電量是0.1C；
（3）ab穿過磁場(chǎng)的過程中，ab桿損失的機(jī)械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱是20.8J．
點(diǎn)評(píng)：本題首先要分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)過程，分三個(gè)子過程進(jìn)行研究；其次要掌握三個(gè)過程遵守的規(guī)律，運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒、牛頓第二定律、機(jī)械能守恒等聯(lián)合求解．
練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目：高中物理 來源： 題型：

（2009?西城區(qū)三模）[選做題]]如圖所示，兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M?N?位于同一水平面上，兩軌道之間的距離 l=0.50m．軌道的MM′端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻，NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接，兩半圓軌道的半徑均為 R0=0.50m．直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.64T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=0.80m，且其右邊界與NN′重合．現(xiàn)有一質(zhì)量 m=0.20kg、電阻 r=0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處．在與桿垂直的水平恒力 F=2.0N的作用下ab桿開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)體ab恰好能以最小速度通過半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′．已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù) μ=0.10，軌道的電阻可忽略不計(jì)，取 g=10m/s2，求：
（1）導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，通過導(dǎo)體桿上的電流大小和方向；
（2）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中通過電阻R上的電荷量；
（3）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中整個(gè)電路產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M′N′位于同一水平面上，兩軌道間距離l=0.50m．直軌道左端接一定值電阻R1=0.40Ω，直軌道右端與豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接，兩半圓軌道的半徑均為r=0.5m．直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.6T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=l.0m，且其右邊界與NN′重合．有一質(zhì)量m=0.20kg、電阻R2=0．lΩ的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處．現(xiàn)用一水平恒力F拉動(dòng)ab桿，F(xiàn)=2.0N，當(dāng)ab桿運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能以最小速度通過半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′．已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.10，軌道的電阻可忽略不計(jì)，取g=l0m/s2，求：
（1）導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體桿的速度和加速度大��；
（2）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中整個(gè)電路產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2012?資陽三模）如圖所示，兩根正對(duì)的距離為L=1m的平行金屬直物直MN、M’、N'位于同一水平面上，兩端M、M’之間接一阻值為R=4Ω的定值電阻，NN’端與兩條位于豎直平面內(nèi)的半徑均為Ro=0.4m的半圓形光滑金屬習(xí)口直NP，N'P’平滑連接直軌道的右側(cè)處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為s=0.5m，且其右邊界與NN’重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=lkg，電阻為r=1Ω的一導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界也為s處．在與桿垂直的，水平向右且大小為38N的恒力F作用下ab桿開始運(yùn)動(dòng)．當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)右邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)休桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形習(xí)U首的最高點(diǎn)PP'．已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與輛連接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=02，軌道的電阻可忽略不計(jì)，重力加速度g取l Om/s2，求：
（1）ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)桿中電流的大小和方向；
（2）ab穿過磁場(chǎng)的過程中，通過ab桿的電量；
（3）ab穿過磁場(chǎng)的過程中，ab桿損失的機(jī)械能和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，兩根正對(duì)的距離為l的平行金屬直軌道MN、M′N′位于同一水平面上，兩端M、M′之間接一阻值為R的定值電阻，NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半徑均為R0的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接．直軌道的右側(cè)處于豎直向下、就磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為s，且其右邊界與NN′重合．現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界為s處．在與桿垂直的水平向右恒立F的作用下ab桿開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)右邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能以最小的速度通過半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′．已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，軌道的電阻可忽略不計(jì)，重力加速度為g，求：
（1）導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，通過導(dǎo)體桿上的電流大小和方向；
（2）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中，整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（18分）如圖所示，兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M´N´位于同一水平面上，兩軌道之間的距離l=0.50m。軌道的MM´端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻，NN´端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N´P´平滑連接，兩半圓軌道的半徑均為R0=0.50m。直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.64 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=0.80m，且其右邊界與NN´重合。現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.20kg、電阻r=0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處。在與桿垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab桿開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F，結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能以最小速度通過半圓形軌道的最高點(diǎn)PP´。已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道接觸良好，且始終與軌道垂直，導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.10，軌道的電阻可忽略不計(jì)，取g=10m/s2，求：

（1）導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，通過導(dǎo)體桿上的電流大小和方向；

（2）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中通過電阻R上的電荷量；

（3）導(dǎo)體桿穿過磁場(chǎng)的過程中整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱。

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