如圖所示,傾角為θ=30°、足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ相距L1=0.4m,B1=5T的勻強磁場垂直導軌平面向上。一質量m=1.6kg的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上,且始終與導軌接觸良好,其電阻r=1Ω。金屬導軌上端連接右側電路,R1=1Ω,R2=1.5Ω。R2兩端通過細導線連接質量M=0.6kg的正方形金屬框cdef,每根細導線能承受的最大拉力Fm=3.6N,正方形邊長L2=0.2 m,每條邊電阻r0=1Ω,金屬框處在一方向垂直紙面向里、B2=3T的勻強磁場中,F(xiàn)將金屬棒由靜止釋放,不計其他電阻及滑輪摩擦,取g=10m/s2。求:

(1)電鍵S斷開時棒ab下滑過程中的最大速度vm;
(2)電鍵S閉合,細導線剛好被拉斷時棒ab的速度v;
(3)若電鍵S閉合后,從棒ab釋放到細導線被拉斷的過程中棒ab上產(chǎn)生的電熱Q=2J,此過程中棒ab下滑的高度h。
(1) vm="7m/s" (2) v=3.75m/s (3)

試題分析:(1)電鍵S斷開時,ab棒沿導軌變加速下滑,速度最大時合力為0,根據(jù)物體平衡條件和法拉第電磁感應定律有:
     ①
         ②
       ③
聯(lián)解①②③代入數(shù)據(jù)得:
vm="7m/s"             ④
(2)閉合S后,ab棒沿導軌下滑切割磁感線,R2與線框cd邊及cfed部分組成并聯(lián)電路,設并聯(lián)部分電阻為R,細導線剛被拉斷時通過ab棒的電流為I1,通過R2的電流為I2,通過金屬框部分的電流為I3,則:
            ⑤
      ⑥
            ⑦
           ⑧
對金屬框,由物體平衡條件有:
  ⑨
聯(lián)解⑤⑥⑦⑧⑨代入數(shù)據(jù)得:
v=3.75m/s          ⑩
(3)當棒下滑高度為h時,棒上產(chǎn)生的熱量為Q,上產(chǎn)生的熱量為, 及金屬框并聯(lián)部分產(chǎn)生的總熱量為,根據(jù)能量轉化與守恒定律有:
根據(jù)焦耳定律和電路結構關系有:
聯(lián)立可得:
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

在“驗證機械能守恒定律”的一次實驗中,質量m的重物自由下落,如下圖所示,在紙帶上打出一系列的點,P是第一個點(實驗所用電源的頻率f=50Hz,當?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.8m/s2),那么:
①在實驗中,除鐵架臺、夾子、打點計時器、電源、紙帶和重錘外,還需選用下述儀器中的哪種?______
A.秒表B.刻度尺C.天平D.彈簧秤
②打點計時器打下計數(shù)點B時,重物的速度vB=______m/s(保留到小數(shù)點后兩位);
③從起點P到打下計數(shù)點B的過程中,物體的重力勢能減少量△EP=______m(保留到小數(shù)點后兩位);
④實驗中重物增加的動能往往______(填“大于”、“等于”或“小于”)它所減少的勢能,產(chǎn)生這種情況的主要原因是______;
⑤若紙帶不慎斷裂,失去開頭部分的幾個點,______(填“能”或“不能”)根據(jù)剩下部分驗證機械能守恒定律.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:填空題

某同學用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律.已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,重物質量m=1kg,當?shù)刂亓铀俣却笮間=9.80m/s2.實驗中該同學得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖乙所示,紙帶上的第一個點記為O,另選連續(xù)的三個點A、B、C進行測量,圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值.回答下列問題(以下計算結果均保留3位有效數(shù)字):

(1)打點計時器打B點時,重物速度的大小vB=______m/s;
(2)根據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由O點運動到B點的過程中,重力勢能的減少量等于______J,動能的增加量等于______J.重力勢能的減少量大于動能的增加量的原因是______.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

如圖甲所示的裝置叫做阿特伍德機,是英國數(shù)學家和物理學家阿特伍德(G?Atwood1746-1807)創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置,用來研究勻變速直線運動的規(guī)律.
某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律,如圖乙所示.
(1)實驗時,該同學進行了如下步驟:
①將質量均為M(A的含擋光片、B的含掛鉤)的重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止狀態(tài).測量出______(填“A的上表面”、“A的下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心的豎直距離h.
②在B的下端掛上質量為m的物塊C,讓系統(tǒng)中的物體由靜止開始運動,光電門記錄擋光片擋光的時間為△t.
③測出擋光片的寬度d,計算有關物理量,驗證守恒定律.
(2)如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,應滿足的關系式為______(已知重力加速度為g).
(3)引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因有______(寫一條即可).
(4)驗證實驗結束后,該同學突發(fā)奇想:如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機械能守恒,不斷增大物塊C的質量m,重物B的加速度a也將不斷增大,那么a與m之間有怎樣的定量關系?a隨m增大會趨于一個什么值?
請你幫該同學解決,
①寫出a與m之間的關系式:______(還要用到M和g)
②a的值會趨于______.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,相距為d的邊界水平的勻強磁場,磁感應強度水平向里、大小為B.質量為m、電阻為R、邊長為L的正方形線圈abcd,將線圈在磁場上方高h處由靜止釋放,已知cd邊剛進入磁場時和cd邊剛離開磁場時速度相等,不計空氣阻力,則(  )

A.在線圈穿過磁場的整個過程中,克服安培力做功為mgd
B.若L=d,則線圈穿過磁場的整個過程所用時間為 d
C.若L<d,則線圈的最小速度可能為
D.若L<d,則線圈的最小速度可能為

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

在光滑絕緣的水平地面上方,有兩個磁感應強度大小均為B,方向相反的水平勻強磁場,如圖所示的PQ為兩個磁場的邊界,磁場范圍足夠大。一個半徑為a、質量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)垂直磁場方向,以初速度從如圖位置向右自由平移,當圓環(huán)運動到直徑剛好與邊界線PQ重合時,圓環(huán)的速度為,則下列說法正確的是 (     )
A.此時圓環(huán)中的電功率為
B.此時圓環(huán)的加速度為
C.此過程中通過圓環(huán)截面的電量為
D.此過程中回路產(chǎn)生的電能為

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

籃球從高處釋放,在重力和空氣阻力的作用下加速下降過程,正確的是
A.合力對籃球做的功等于籃球動能的增加量
B.重力對籃球做的功等于籃球重力勢能的減少量
C.籃球重力勢能的減少量等于動能的增加量
D.籃球克服空氣阻力所做的功等于籃球機械能的減少量

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,光滑曲面AB與水平面BC平滑連接于B點,BC右端連接內(nèi)壁光滑、半徑為r的細圓管CD,管口D端正下方直立一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧,輕彈簧一端固定,另一端恰好與管口D端齊平。質量為m的小球在曲面上距BC的高度為2r處從靜止開始下滑,小球與BC間的動摩擦因數(shù)μ=,進入管口C端時與圓管恰好無作用力,通過CD后壓縮彈簧,在壓縮彈簧過程中速度最大時彈簧的彈性勢能為EP。求

(1)小球達到B點時的速度大小vB;
(2)水平面BC的長度s;
(3)在壓縮彈簧過程中小球的最大速度vm 。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,質量.M=4kg的滑板曰靜止放在光滑水平面上,其右端固定一根輕質彈簧。彈簧的自由端C到滑板左端的距離L=0.5 m,這段滑板與木塊彳(可視為質點)之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,而彈簧自由端C到彈簧固定端D所對應的滑板上表面光滑.小木塊以速度v0="10" m/s由滑板左端開始沿滑板a表面向右運動.已知木塊a的質量m="l" kg,g取10m/s2.求:
①彈簧被壓縮到最短時木塊A的速度;
②木塊A壓縮彈簧過程中彈簧的最大彈性勢能.

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