10.如圖所示,寬度為L(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌PQ和P′Q′傾斜放置,頂端QQ′之間連接一個(gè)阻值為R的電阻和開關(guān)S,底端PP′處通過一小段平滑圓弧與一段光滑水平軌道相連.已知水平軌道離地面的高度為h,兩傾斜導(dǎo)軌間有一垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B;有兩根長(zhǎng)均為L(zhǎng)、質(zhì)量均為m、電阻均為R的金屬棒AA′、CC′.當(dāng)金屬棒CC′放置在水平軌道右端時(shí),兩水平軌道間就會(huì)出現(xiàn)豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng),此時(shí)開關(guān)S處于斷開狀態(tài);而如果金屬棒CC′一離開水平軌道,水平軌道間的磁場(chǎng)就馬上消失,同時(shí)開關(guān)S馬上閉合.現(xiàn)把金屬棒CC′放在光滑水平軌道上右端,金屬棒AA′離水平軌道高為H的地方以較大的初速度v0沿軌道下滑,在極短時(shí)間內(nèi)金屬棒CC′就向右離開水平軌道,離開水平軌道后在空中做平拋運(yùn)動(dòng),落地點(diǎn)到拋出點(diǎn)通過的水平距離為x1,金屬棒AA′最后也落在水平地面上,落地點(diǎn)到拋出點(diǎn)的水平距離為x2;不計(jì)導(dǎo)軌電阻,忽略金屬棒經(jīng)過PP′處的機(jī)械能損失,不計(jì)空氣阻力,已知重力加速度為g,求:
(1)判斷B1的方向
(2)通過CC′的電量q
(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒AA′產(chǎn)生的焦耳熱Q.

分析 (1)根據(jù)右手定則分析電流方向,再根據(jù)左手定則即可分析磁場(chǎng)方向;
(2)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可求得開始時(shí)的速度,再根據(jù)動(dòng)量定理進(jìn)行分析從而求出電量;
(3)根據(jù)能量關(guān)系進(jìn)行分析,明確AA’減小的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能和后來的動(dòng)能以及CC'的動(dòng)能,再根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律進(jìn)行分析即可求解AA'上消耗的電能.

解答 解:(1)由右手定則要知,AA′中電流為由A到A′,因此CC′電流為C′到C,同根據(jù)左手定則可知,要使導(dǎo)體棒向外飛出,則磁場(chǎng)應(yīng)垂直平面向下;
(2)CC′就向右離開水平軌道,離開后在空中做平拋運(yùn)動(dòng)
水平方向x1=v1t
豎直方向h=$\frac{1}{2}$gt2
解得:v1=$\sqrt{\frac{g}{2h}}$x1
同時(shí)對(duì)飛出過程由動(dòng)量定理可知:
BILt=mv1
而q=It
聯(lián)立解得:
q=$\frac{m{x}_{1}}{{B}_{1}L}$$\sqrt{\frac{g}{2h}}$
(3)對(duì)于金屬棒AA′平拋過程分析可得:
水平方向x2=v2t
豎直方向h=$\frac{1}{2}$gt2
在整過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為:
Q=mgH+$\frac{1}{2}$mv02-$\frac{1}{2}$mv22=$\frac{1}{2}$mv02-$\frac{mg({x}_{1}^{2}+{x}_{2}^{2})}{4h}$
金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱 Q=$\frac{R}{R+R}$Q=$\frac{1}{2}$Q
解得 Q=$\frac{1}{2}$mgH+$\frac{1}{4}$mv02-$\frac{mg({x}_{1}^{2}+{x}_{2}^{2})}{8h}$
答:(1)判斷B1的方向?yàn)榇怪逼矫嫦蛳拢?
(2)通過CC′的電量q為$\frac{m{x}_{1}}{{B}_{1}L}$$\sqrt{\frac{g}{2h}}$;
(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒AA′上產(chǎn)生的焦耳熱Q為$\frac{1}{2}$mgH+$\frac{1}{4}$mv02-$\frac{mg({x}_{1}^{2}+{x}_{2}^{2})}{8h}$.

點(diǎn)評(píng) 本題考查導(dǎo)體切割磁感線與能量相結(jié)合題型的分析,要注意明確根據(jù)功能關(guān)系求解內(nèi)能,而根據(jù)平均電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)量定理分析求解電量,本題內(nèi)容較多,對(duì)學(xué)生要求較高.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

20.某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量滑塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù).表面粗糙、一端裝有定滑輪的長(zhǎng)木板放在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,長(zhǎng)木板上有一滑塊,滑塊右側(cè)固定一個(gè)輕小動(dòng)滑輪,鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)通過繞在動(dòng)滑輪上的輕細(xì)繩相連.放開鉤碼,滑塊在長(zhǎng)木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng).(忽略繩與滑輪間的摩擦)

(1)放開鉤碼,滑塊加速運(yùn)動(dòng),讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,處理紙帶,得到滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a;改變鉤碼的個(gè)數(shù),重復(fù)實(shí)驗(yàn),以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為縱軸,得到的圖象是縱軸截距等于b的一條傾斜直線,如圖2所示;已知滑塊和輕小動(dòng)滑輪的總質(zhì)量為m,重力加速度為g.則滑塊和長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=$\frac{2b}{mg}$.
(2)在某次實(shí)驗(yàn)中,用天平稱出滑塊(含動(dòng)滑輪)的質(zhì)量為m=1kg,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F=4N時(shí),某同學(xué)得到一條紙帶,如圖3所示,每隔三個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),即為圖中0、1、2、3、4、5、6點(diǎn).測(cè)得相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離為s1=0.96cm,s2=2.88cm,s3=4.80cm,s4=6.72cm,s5=8.64cm,s6=10.56cm,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,則滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a=3.0m/s2,滑塊和長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.51.(保留兩位有效數(shù)字)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

1.半徑為R的球形物體固定在水平地面上,球心正上方有一光滑的小滑輪,滑輪到球面B的距離為h,輕繩的一端系一小球,靠放在半球上的A點(diǎn),另一端繞過定滑輪后用力拉住,使小球靜止,如圖所示,現(xiàn)緩慢地拉繩,在使小球由A到B的過程中,半球?qū)π∏虻闹С至和繩對(duì)小球的拉力T的大小變化的情況是( 。
A.N不變,T變小B.N不變,T先變大后變小
C.N變小,T先變小后變大D.N變大,T變小

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:填空題

18.沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的電梯的v-t圖象如圖所示,
(1)0~2s內(nèi),電梯每秒速度增加量為2m/s,加速度與速度方向相同.(填“相同”或“相反”)
(2)10~14s內(nèi),電梯的速度方向?yàn)橄蛏希ㄌ睢跋蛏稀被颉跋蛳隆保?/div>

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

5.利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件,廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域.如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入圖示方向的電流I,C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差,該電勢(shì)差可以反映磁感應(yīng)強(qiáng)度B的強(qiáng)弱,則下列說法正確的是( 。
A.若元件是正離子導(dǎo)電,則C側(cè)面電勢(shì)高于D側(cè)面電勢(shì)
B.若元件是自由電子導(dǎo)電,則C側(cè)面電勢(shì)高于D側(cè)面電勢(shì)
C.在測(cè)沿豎直方向的地球北極上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持豎直
D.在測(cè)沿水平方向的地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持水平

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

15.物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其加速度的大小為2m/s2,那么,在任一秒內(nèi)( 。
A.物體的加速度一定等于物體速度的2倍
B.物體的初速度一定比前一秒的末速度大2 m/s
C.物體的末速度一定比初速度大2 m/s
D.物體的末速度一定比前一秒的初速度大4 m/s

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

2.在“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,如圖1所示是一條記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶,圖1中A、B、C、D、E為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn),每相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出,交流電的頻率為50Hz.

(1)在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B、C、D點(diǎn)時(shí),小車的速度分別為vB=1.38m/s;vC=2.64m/s;vD=3.90m/s.
(2)在如圖2所示的坐標(biāo)系中畫出小車的v-t圖象.
(3)加速度是12.6m/s2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:填空題

19.如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中,極板A接地,平行板電容器的極板B與一個(gè)靈敏的靜電計(jì)相接.將A極板向左移動(dòng),增大電容器兩極板間的距離時(shí),電容器的電容C將變小,電容器兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)E將不變(兩空均選填“變小”、“不變”、“變大”).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

20.已知一束單色光在水中的傳播速度是真空中的$\frac{3}{4}$,則( 。
A.這束光在水中傳播時(shí)的波長(zhǎng)為真空中的$\frac{3}{4}$
B.這束光在水中傳播時(shí)的頻率為真空中的$\frac{3}{4}$
C.對(duì)于這束光,水的折射率為$\frac{4}{3}$
D.從水中射向水面的光線,一定可以進(jìn)入空氣中

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案