如圖所示，M1N1N2M2是位于光滑水平桌面上的剛性U型金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌中接有阻值為R的電阻，它們的質(zhì)量為m0．導(dǎo)軌的兩條軌道間的距離為l，PQ是質(zhì)量為m的金屬桿，可在軌道上滑動，滑動時保持與軌道垂直，桿與軌道的接觸是粗糙的，桿與導(dǎo)軌的電阻均不計．初始時，桿PQ于圖中的虛線處，虛線的右側(cè)為一勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于桌面，磁感應(yīng)強度的大小為B．現(xiàn)有一位于導(dǎo)軌平面內(nèi)的與軌道平行的恒力F作用于PQ上，使之從靜止開始在軌道上向右作加速運動．已知經(jīng)過時間t，PQ離開虛線的距離為x，此時通過電阻的電流為I0，導(dǎo)軌向右移動的距離為x0（導(dǎo)軌的N1N2部分尚未進入磁場區(qū)域）．求：
（1）桿受到摩擦力的大小？
（2）經(jīng)過時間t，桿速度的大小v為多少？
（3）在此過程中電阻所消耗的能量．（不考慮回路的自感）．
（1）因U型導(dǎo)軌在滑動摩擦力作用下做勻加速度直線運動，
則有：Fμ=m0a
而：a=
2x0
t2

所以：Fμ=
2m0x0
t2

根據(jù)牛頓第三定律，桿受到的摩擦力大�。�
F′μ
=Fμ=
2m0x0
t2

（2）設(shè)經(jīng)過時間t桿的速度為v，則桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中的感應(yīng)電動勢：
E=Blv
根據(jù)題意，此時回路中的感應(yīng)電流：
I0=
E
R

得：v=
I0R
Bl

（3）桿的合力做功等于桿所增加的動能，即：
WF+WF安+WFμ=
1
2
mv2
WF為恒力F對桿做的功：WF=Fx
WFμ為摩擦力對桿做的功：WFμ=-Fμ?x
桿克服安培力做的桿等于電阻所消耗的能量，若以ER表示電阻所消耗的能量，
則有-WF安=ER
電阻所消耗的能量：ER=(F-2m0
x0
t2
)x-
1
2
m
I20
R2
B2l2

答：（1）桿受到摩擦力的大小
2m0x0
t2
；
（2）經(jīng)過時間t，桿速度的大小v為
I0R
Bl
；
（3）在此過程中電阻所消耗的能量ER=(F-2m0
x0
t2
)x-
1
2
m
I20
R2
B2l2
．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

穿過單匝閉合線圈的磁通量每秒鐘均勻連續(xù)地增大2Wb，則（　�。�
A．線圈中的感應(yīng)電動勢將均勻增大
B．線圈中的感應(yīng)電流將均勻增大
C．線圈中的感應(yīng)電動勢將保持2V不變
D．線圈中的感應(yīng)電流將保持2A不變

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖所示，寬度為L=0.2m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，導(dǎo)軌的一端連接阻值R=1Ω的電阻．導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小B=5T．一根質(zhì)量m=100g的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計．現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的拉力拉動導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動，運動速度v=10m/s，在運動過程中保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直．求：
（1）在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大�。�
（2）作用在導(dǎo)體棒上的拉力的大小．
（3）當導(dǎo)體棒勻速運動30cm時撤去拉力，求：運動30cm和撤去拉力至棒停下來的整個過程中電阻R上產(chǎn)生的總熱量．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖甲所示，一對足夠長的平行粗糙導(dǎo)軌固定在水平面上，兩導(dǎo)軌間距l(xiāng)=1m，左端之間用R=3Ω的電阻連接，導(dǎo)軌的電阻忽略不計．一根質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導(dǎo)體桿靜置于兩導(dǎo)軌上，并與兩導(dǎo)軌垂直．整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=2T的勻強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上．現(xiàn)用水平向右的拉力F拉導(dǎo)體桿，拉力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示，導(dǎo)體桿恰好做勻加速直線運動．在0～2s內(nèi)拉力F所做的功為W=
68
3
J，重力加速度g取10m/s2．求：
（1）導(dǎo)體桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ；
（2）在0～2s內(nèi)通過電阻R的電量q；
（3）在0～2s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：多選題

如圖所示，abcd是粗細均勻的電阻絲制成的長方形線框，長ad為寬ab的2倍，導(dǎo)體棒是用相同的電阻絲制成的，可在ad邊與bc邊上無摩擦滑動，導(dǎo)體棒與線框接觸良好，并與ad和bc分別交于M、N兩點，線框處于垂直紙面向里的勻強磁場中，導(dǎo)體棒與ab平行．當導(dǎo)體棒MN由靠近ab邊處向cd邊勻速移動的全過程中，以下說法正確的是（　�。�
A．MN中電流先增大后減小
B．MN兩端電壓先增大后減小
C．MN上拉力的功率先減小后增大
D．矩形線框中消耗的電功率先增大后減小

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖所示，MN和PQ是兩根放在豎直面內(nèi)且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，相距l(xiāng)=50cm．導(dǎo)軌處在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強度B=5T的勻強磁場中．一根電阻為r=0.1Ω的金屬棒ab可緊貼導(dǎo)軌左右運動．兩塊平行的、相距d=10cm、長度L=20cm的水平放置的金屬板A和C分別與兩平行導(dǎo)軌相連接，圖中跨接在兩導(dǎo)軌間的電阻R=0.4Ω．其余電阻忽略不計．已知當金屬棒ab不動時，質(zhì)量m=10g、帶電量q=-10-3C的小球以某一速度v0沿金屬板A和C的中線射入板間，恰能射出金屬板（g取10m/s2）．求：
（1）小球的速度v0；
（2）若使小球在金屬板間不偏轉(zhuǎn)，則金屬棒ab的速度大小和方向；
（3）若要使小球能從金屬板間射出，則金屬棒ab勻速運動的速度應(yīng)滿足什么條件？

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖所示，一邊長L=10cm的正方形金屬導(dǎo)體框abcd，從某一高度hm處開始豎直向下自由下落，其下邊進入只有水平上邊界的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=1.0T．線框進入磁場時，線框平面保持與磁場垂直，線框底邊保持水平．已知正方形線框abcd的質(zhì)量m=0.1kg，電阻R=0.02Ω，自下邊ab進入磁場直到上邊cd也進入磁場時為止，整個線框恰好能夠保持做勻速直線運動．若g=10m/s2，不計空氣阻力，求：
（1）線框下落的高度h；
（2）線框在上述進入磁場的過程中感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱Q．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖所示，虛線框abcd內(nèi)為一正方形勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于紙面．實線框a′b′c′d′是一個矩形導(dǎo)體線框，a′b′邊與ab邊平行，且a′b′=2b′c′．若將導(dǎo)線框沿垂直于ab的方向勻速地拉離磁場區(qū)域，外力做的功為W1；若將導(dǎo)線框沿垂直于ad的方向以相同的速率勻速地拉離磁場區(qū)域，外力做的功為W2．則（　　）
A．W1=W2B．W1=2W2C．2W1=W2D．4W1=W2

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖所示的異形導(dǎo)線框，勻速穿過一勻強磁場區(qū)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖象是（設(shè)導(dǎo)線框中電流沿abcdef為正方向）（　�。�
A．B．C．D．

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同步練習(xí)冊答案