15.如圖所示,兩平行的光滑金屬導(dǎo)軌安裝在一傾角為α的光滑絕緣斜面上,導(dǎo)軌間距為L,電阻忽略不計且足夠長,以寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場垂直于斜面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.另有一長為2d的絕緣桿將一導(dǎo)體棒和一邊長為d(d>L)的正方形線框連在一起組成固定裝置,總質(zhì)量為m,導(dǎo)體棒中通有大小恒為I的電流.將整個裝置置于導(dǎo)軌上,開始時導(dǎo)體棒恰好位于磁場的下邊界處.由靜止釋放后裝置沿斜面向上運(yùn)動,當(dāng)線框的下邊運(yùn)動到磁場的上邊界MN處時裝置的速度恰好為零.重力加速度為g.
(1)求這一過程中線框中產(chǎn)生的熱量.
(2)之后裝置將向下運(yùn)動,然后再向上運(yùn)動,經(jīng)過若干次往返后,最終整個裝置將在斜面上做穩(wěn)定往復(fù)運(yùn)動.求穩(wěn)定后裝置運(yùn)動的最高位置與最低位置之間的距離.

分析 (1)從釋放裝置到線框的下邊運(yùn)動到磁場的上邊界MN過程中,用動能定理可求線框所受安培力對線框做功的大小為W,此功的數(shù)值等于線框中產(chǎn)生的熱量
(2)裝置往復(fù)運(yùn)動的最高位置:線框的上邊位于磁場的下邊界,此時金屬棒距磁場上邊界d;往復(fù)運(yùn)動到最低位置時,金屬棒在磁場內(nèi),設(shè)距離上邊界x,根據(jù)棒所受安培力做功等于裝置的重力做功建立聯(lián)系,列方程求解.

解答 解:(1)裝置由靜止釋放到線框的下邊運(yùn)動到磁場的上邊界MN過程中,線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,由能量守恒得:
BIL•d-mgsinα•4d-Q=0
解得線框中產(chǎn)生的熱量為:Q=BILd-4mgdsinα                                      
(2)裝置往復(fù)運(yùn)動的最高位置:線框的上邊位于磁場的下邊界,此時金屬棒據(jù)磁場上邊界為d;裝置往復(fù)運(yùn)動到最低位置時:金屬棒在磁場內(nèi),設(shè)其距離上邊界為x,則有:mgsinα•(x+d)=BIL•x                                            
解得:x=$\frac{mgdsinα}{BIL-mgsinα}$                                        
最高位置與最低位置之間的距離為:s=x+d=$\frac{BILd}{BIL-mgsinα}$
答:(1)這一過程中線框中產(chǎn)生的熱量為BILd-4mgdsinα;
(2)穩(wěn)定后裝置運(yùn)動的最高位置與最低位置之間的距離為$\frac{BILd}{BIL-mgsinα}$.

點(diǎn)評 本題要注意當(dāng)線框在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流時,安培力做功從而產(chǎn)生熱量.要理解并掌握力和運(yùn)動的關(guān)系、功與能的關(guān)系,運(yùn)用力學(xué)規(guī)律解決電磁感應(yīng)問題.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

6.如圖為某一水平電場中等間距的一組等勢面分布.一個帶-q電荷量的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以1×104m/s的初速度向x軸負(fù)方向運(yùn)動,運(yùn)動到x=-8cm處速度減為零.不計一切摩擦,下列說法正確的是( 。
A.電場強(qiáng)度大小為5N/C,方向沿x軸負(fù)方向
B.粒子的電荷量與質(zhì)量的比值$\frac{q}{m}$=1.25×106C/kg
C.粒子運(yùn)動到x=-6cm處用時8×10-6s
D.粒子在x軸上x=-2cm處的電勢能和x=2cm處的電勢能相等

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

6.如圖,兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上,相距l(xiāng)=0.5m.左端與一電阻R=2Ω相連,整個系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T,方向豎直向下,一質(zhì)量為m=1kg的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速度v=1m/s勻速向右滑動,滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2,重力加速度大小為g=10m/s2.都貴和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.求:
(1)電阻R消耗的功率;
(2)水平外力的大。

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3.某同學(xué)設(shè)計如圖1所示的電路圖來測量電源的電動勢與內(nèi)阻,有如下器材共選擇:
A.待測電源 (電動勢約為2V)
B.電壓表V(量程為3V)
C.電流表A(量程為0.6A)
D.滑動變阻器R1(最大阻值為10Ω)
E.滑動變阻器R2(最大阻值為200Ω)
F.定值電阻R=2Ω
G.開關(guān)、導(dǎo)線若干
(1)物理順利完成實(shí)驗(yàn),滑動變阻器應(yīng)該選擇D(填“D”或“E”);
(2)該同學(xué)已知連結(jié)如圖2所示的電路,在連接最后一根導(dǎo)線的c端到電源的負(fù)極前,應(yīng)該進(jìn)行的操作是斷開開關(guān);
(3)電路連接正確后,在閉合開關(guān)前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片滑至a(填“a”或“b‘)端;
(4)不斷調(diào)節(jié)滑動變阻器,得到多組電壓表示數(shù)U與相應(yīng)的電流表的示數(shù)Ⅰ,得到U-Ⅰ圖象如圖3示數(shù),根據(jù)圖線可得的電動勢E=1.90V,內(nèi)阻r=1.00Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

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10.如圖所示,50匝矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=$\frac{\sqrt{2}}{10}$T的水平勻強(qiáng)磁場中,線框面積S=0.5m2,線框電阻不計.線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω=200rad/s勻速轉(zhuǎn)動,并與理想變壓器原線圈相連,副線圈允許通過的最大電流為10A,下列說法正確的是( 。
A.圖示位置穿過線框的磁通量變化率不為零
B.圖示位置開始計時時,線框中產(chǎn)生變電壓的表達(dá)式為μ=500$\sqrt{2}$sin(200t)V
C.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為50:11
D.允許變壓器輸出的最大功率為2200W

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20.高速連續(xù)曝光照相機(jī)可在底片上重疊形成多個圖象,現(xiàn)利用這種照相機(jī)對某款家用汽車的加速性能進(jìn)行研究.如圖為汽車做勻速直線運(yùn)動時的三次曝光照片,照相機(jī)每兩次曝光的時間間隔為1.0s,已知該汽車的質(zhì)量為2000kg,額定功率為90kW,假設(shè)汽車運(yùn)動過程中所受的阻力恒為1500N.
(1)試?yán)萌鐖D,求該汽車的加速度;
(2)求汽車所能達(dá)到的最大速度是多大?
(3)若汽車由靜止以此加速度開始做勻加速直線運(yùn)動,勻加速運(yùn)動狀態(tài)最多能保持多長時間?

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7.(1)在研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是AD.
A.使斜槽末端的切線保持水平
B.每次使小球從不同的高度滾下
C.鋼球與斜槽間的摩擦使實(shí)驗(yàn)的誤差增大
D.計算初速度時,所選擇的點(diǎn)應(yīng)離坐標(biāo)原點(diǎn)稍遠(yuǎn)些
(2)在該實(shí)驗(yàn)中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=1.25cm,若小球在平拋運(yùn)動途中的幾個位置如圖中a、b、c、d所示,則小球平拋的初速度的計算式為v0=2$\sqrt{gL}$(用L、g表示),其值是0.70m/s(g=10m/s2

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4.某同學(xué)利用如圖甲所示電路來測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻,實(shí)驗(yàn)時功記錄5組伏特表和安培表的示數(shù)(電表均可視為理想電表),并繪得如圖乙所示的U-I圖線.
(1)有圖線可知該干電池的電動勢E=1.45V;
(2)當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為0.75Ω時,變阻器上的電功率最大,最大值為0.70W.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

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5.如圖所示,一傾角為45°的斜面固定于豎直墻上,為使一光滑的鐵球靜止,需加一水平力F,且F過球心,下列說法正確的是( 。
A.球一定不受墻的彈力
B.球一定受墻的彈力且水平向左
C.球一定不受斜面的彈力
D.球一定受斜面的彈力且垂直斜面向上

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