18.如圖所示,兩根足夠長且平行的光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成53°夾角固定放置,導(dǎo)軌間連接一阻值為6Ω的電阻R,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì).在兩平行虛線m、n間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場.導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為ma=0.4kg,電阻Ra=3Ω;導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為mb=0.1kg,電阻Rb=6Ω;它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好.a(chǎn)、b從開始相距L0=0.5m處同時(shí)由靜止開始釋放,運(yùn)動(dòng)過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域,當(dāng)b剛穿出磁場時(shí),a正好進(jìn)入磁場(g取10m/s2,不計(jì)a、b之間電流的相互作用).求:
(1)在穿越磁場的過程中,a、b兩導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小之比
(2)磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d
(3)在整個(gè)過程中,產(chǎn)生的總焦耳熱.

分析 (1)兩棒勻速穿越磁場的過程中,安培力等于重力沿斜面向下的分力.a(chǎn)棒勻速通過時(shí),a棒相當(dāng)于電源,求出總電阻,b棒勻速通過時(shí),b棒相當(dāng)于電源,求出總電阻.根據(jù)平衡條件得到BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{{R}_{總}}$=mgsinθ,即可求出速度之比.
(2)當(dāng)b棒到達(dá)m時(shí),兩棒的速度相等,設(shè)b棒通過磁場的時(shí)間為t,則a棒到達(dá)m的速度va=vb+gsin53°t,又d=vbt,根據(jù)兩棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度關(guān)系,再根據(jù)速度位移公式,可求出磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d.
(3)在a穿越磁場的過程中,因a棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,可求出對應(yīng)的安培力做功,同理b棒切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而求出安培力做功,則可得到兩棒整個(gè)過程中產(chǎn)生的總焦耳熱.

解答 解:(1)在b穿越磁場的過程中,b是電源,a與R是外電路,電路的總電阻為:
R總1=Rb+$\frac{R{R}_{a}}{R+{R}_{a}}$=8Ω
同理,a棒在磁場中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),有:R總2=Ra+$\frac{RRb}{R+Rb}$=6Ω
設(shè)b在磁場中勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為vb,則b中的電流為:Ib=$\frac{BLv}{{R}_{總1}}$
由平衡條件得:$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_}{{R}_{總1}}$=mbgsin53°
同理,a棒在磁場中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí):$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{a}}{{R}_{總2}}$=magsin53°
可得:va:vb=3:1
(2)設(shè)a、b穿越磁場的過程中的速度分別為va和vb.由題意得:
 va=vb+gtsin53°
 d=vbt
因 v${\;}_{a}^{2}$-v${\;}_^{2}$=2gL0sin53°
解得:d=0.25 m
(3)由F安a=magsin53°,故Wa=magdsin53°=0.8 J
同理:Wb=mbgdsin53°=0.2 J
在整個(gè)過程中,電路中共產(chǎn)生焦耳熱:Q=Wa+Wb=1 J
答:(1)在穿越磁場的過程中,a、b兩導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小之比為3:1.
(2)磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d是0.25m.
(3)在整個(gè)過程中,產(chǎn)生的總焦耳熱是1J.

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵能夠正確地對a、b棒進(jìn)行受力分析,根據(jù)受力情況判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況.以及知道在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),安培力等于重力沿斜面方向的分力.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

11.一輛質(zhì)量為5t的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kW,行駛時(shí)受到阻力的大小保持不變,為車重的0.1倍.則:
(1)汽車在此路面上行駛的最大速度為多少?
(2)如果汽車以額定功率啟動(dòng),當(dāng)汽車速度為10m/s時(shí),加速度為多少?
(3)若汽車從靜止開始,保持0.5m/s2的加速度作勻加速直線運(yùn)動(dòng),則這一過程能持續(xù)多長時(shí)間?發(fā)動(dòng)機(jī)一共做了多少功?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

9.如圖所示,半圓形軌道凹槽靜止放置在水平地面上,A點(diǎn)位于半圓形凹槽左邊緣,B點(diǎn)位于凹槽上某一點(diǎn),軌道半徑為R,在AB間斜靠一光滑且足夠長的木板,在A點(diǎn)有a、b兩球(視為質(zhì)點(diǎn)),a球由靜止釋放沿斜面下滑到B點(diǎn),同時(shí)b球以某速度v0水平拋出,正好打在B點(diǎn),則下列說法正確的是( 。
A.a、b兩球有可能同時(shí)到達(dá)B點(diǎn)
B.b球打在B點(diǎn)的速度方向可能垂直于該點(diǎn)的切線方向
C.若a球到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間是b球的兩倍,則木板與水平方向的夾角是60°
D.撤去木板,如果v0=$\sqrt{gR}$時(shí),則可判斷b球落點(diǎn)位于凹槽最低點(diǎn)的右側(cè)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

6.某同學(xué)研究小滑塊在水平長木板上運(yùn)動(dòng)所受摩擦力的大小,選用的實(shí)驗(yàn)器材是:長木板、總質(zhì)量為m的小滑塊、光電門、數(shù)字毫秒計(jì)、弧形斜面、擋光片、游標(biāo)卡尺、刻度尺.器材安裝如圖甲所示.

①主要的實(shí)驗(yàn)過程:
(。┯糜螛(biāo)卡尺測量擋光片寬度d,讀數(shù)如圖乙所示,則d=8.02mm;
(ⅱ) 讓小滑塊車從斜面上某一位置釋放,讀出小滑塊通過光電門時(shí)數(shù)字毫秒計(jì)示數(shù)t;
(ⅲ) 用刻度尺量出小滑塊停止運(yùn)動(dòng)時(shí)擋光片與光電門間的距離L;
(ⅳ) 求出小滑塊車與木板間摩擦力f=$\frac{m69kfjfn^{2}}{2L{t}^{2}}$ (用物理量m、d、L、t表示);
②若實(shí)驗(yàn)中沒有現(xiàn)成的擋光片,某同學(xué)用一寬度為6cm的金屬片替代,這種做法是否合理?不合理 (選填“合理”或“不合理”).
③實(shí)驗(yàn)中,小滑塊釋放的高度要適當(dāng)高一些,其目的是減少系統(tǒng)誤差.(選填“系統(tǒng)”或“偶然”)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

13.以不同的拋射角拋出三個(gè)小球A、B、C,三球在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,下列說法中正確的是(  )
A.A、B、C三球在運(yùn)動(dòng)過程中,加速度都相同
B.B球的射程最遠(yuǎn),所以最遲落地
C.A球的射高最大,所以最遲落地
D.A、C兩球的水平位移相等,所以兩球的水平速度分量相等

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

3.下列關(guān)于近代物理學(xué)常識的表述中,正確的是(  )
A.原子核發(fā)生一次β衰變,該原子外層就失去一個(gè)電子
B.普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué),破除“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念,成為近代物理學(xué)思想的基石之一
C.美國物理學(xué)家密立根,測量金屬的遏止電壓UC與入射光的頻率ν,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較,以此檢驗(yàn)了愛因斯坦光電效應(yīng)的正確性
D.英國物理學(xué)家湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況斷定,它的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷,從而發(fā)現(xiàn)了電子
E.所有的核反應(yīng)都遵循核電荷數(shù)守恒,反應(yīng)前后核的總質(zhì)量也保持不變

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

10.某研究小組的同學(xué)在水平放置的方木板上做“探究共點(diǎn)力的合成規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí):
(1)利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O以及兩只彈簧秤拉力的大小和方向
(2)如圖(a)所示,已知F1與F2,請用作圖法求出F1與F2的合力
(3)圖(b)所示是甲、乙兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果,其中力F′是用一只彈簧秤拉橡皮筋時(shí)的圖示,則兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一定存在問題的是:同學(xué)乙.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

7.有一種靜電除塵的方式,如圖所示,空氣中的塵埃進(jìn)入電離區(qū)后帶上負(fù)電,然后沿平行軸線飛入金屬圓筒收集區(qū).在圓筒軸線處放有一條直線,在導(dǎo)線與筒壁間加上電壓U,形成沿半徑方向的輻向電場,假設(shè)每個(gè)塵埃的質(zhì)量和帶電量均相同,飛入收集區(qū)的速度相同,不計(jì)塵埃的重力,不考慮塵埃間的相互作用,則( 。
A.大量塵埃將聚集在導(dǎo)線上
B.塵埃在圓筒內(nèi)都做類似平拋的運(yùn)動(dòng)
C.被收集塵埃的電勢能減少量都相等
D.飛入時(shí)與圓筒軸線距離相同的塵埃到達(dá)筒壁所用的時(shí)間相同

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

8.一質(zhì)量為2kg的質(zhì)點(diǎn)在如圖甲所示的xOy平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),在x方向的速度時(shí)間圖象和y方向的位移時(shí)間(y-t)圖象分別如圖乙、丙所示,由此可知( 。
A.t=0s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的速度大小為12m/sB.質(zhì)點(diǎn)做加速度恒定的曲線運(yùn)動(dòng)
C.前兩秒,質(zhì)點(diǎn)所受的合力大小為10ND.t=1.0s時(shí),質(zhì)點(diǎn)的速度大小為7m/s

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案