如圖,電阻不計(jì)的光滑U形導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌間距d=0.5m,導(dǎo)軌一端接有R=4.0Ω的電阻.有一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=1.0Ω的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置.整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T.現(xiàn)用水平力垂直拉動(dòng)金屬棒ab,使它以v=10m/s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng).設(shè)導(dǎo)軌足夠長.
(1)求金屬棒ab兩端的電壓;
(2)求水平拉力F的大小
(3)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),求電阻R產(chǎn)生的熱量.
分析:(1)由E=Bdv求出金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢,ab相當(dāng)于電源,其兩端的電壓是外電壓,由歐姆定律求解ab兩端的電壓.
(2)金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng),水平拉力F與金屬棒所受的安培力大小相等、方向相反.由F=BId求出安培力,即可得解.
(3)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),金屬棒的動(dòng)能減小到零全部轉(zhuǎn)化為電路中的內(nèi)能,由能量守恒定律和焦耳定律求解電阻R產(chǎn)生的熱量.
解答:解:(1)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 E=Bdv
  由歐姆定律得
     I=
E
R+r

ab相當(dāng)于電源,其兩端的電壓是外電壓,由歐姆定律得
   U=IR
聯(lián)立解得,U=0.8V
(2)金屬棒所受的安培力大小為 FA=BdI
由于金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng),則水平拉力F與金屬棒所受的安培力平衡,則有
   F=FA
聯(lián)立解得,F(xiàn)=2×10-2N
(3)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),金屬棒的動(dòng)能減小到零全部轉(zhuǎn)化為電路中的內(nèi)能,由能量守恒定律得,電路中產(chǎn)生的總熱量為
    Q=
1
2
mv2

因?yàn)閍b棒與電阻R串聯(lián),電流相等,由焦耳定律Q=I2Rt得
  
QR
Q
=
R
R+r

代入解得,QR=4.0J
答:
(1)金屬棒ab兩端的電壓是0.8V;
(2)水平拉力F的大小是2×10-2N.
(3)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),電阻R產(chǎn)生的熱量是4J.
點(diǎn)評:本題的物理情景比較簡單,是電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)等知識的綜合應(yīng)用,只要掌握基本知識,就能正確解答.
練習(xí)冊系列答案
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如圖,電阻不計(jì)的光滑U形導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌間距d=0.5m,導(dǎo)軌一端接有R=4.0Ω的電阻.有一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=1.0Ω的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置.整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T.現(xiàn)用水平力垂直拉動(dòng)金屬棒ab,使它以v=10m/s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng).設(shè)導(dǎo)軌足夠長.求:
(1)求水平拉力的大小及金屬棒ab兩端的電壓Uab
(2)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),求電阻R產(chǎn)生的熱量.

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如圖,電阻不計(jì)的光滑U形導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌間距d=0.5m,導(dǎo)軌一端接有的電阻。有一質(zhì)量、電阻的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置。整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T,F(xiàn)用水平力垂直拉動(dòng)金屬棒ab,使它以的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)導(dǎo)軌足夠長。

    (1)求金屬棒ab兩端的電壓;

    (2)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),求電阻R產(chǎn)生的熱量。

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如圖,電阻不計(jì)的光滑U形導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌間距d = 0.5m,導(dǎo)軌一端接有R = 4.0Ω的電阻。有一質(zhì)量m = 0.1kg、電阻r = 1.0Ω的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置。整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.2T,F(xiàn)用水平力垂直拉動(dòng)金屬棒ab,使它以v = 10m/s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)導(dǎo)軌足夠長。

   (1)求金屬棒ab兩端的電壓;

   (2)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),求電阻R產(chǎn)生的熱量。

 

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科目:高中物理 來源:2012屆黑龍江省高二上學(xué)期期末考試物理試卷 題型:計(jì)算題

如圖,電阻不計(jì)的光滑U形導(dǎo)軌水平放置,導(dǎo)軌間距d = 0.5m,導(dǎo)軌一端接有R = 4.0Ω的電阻。有一質(zhì)量m = 0.1kg、電阻r = 1.0Ω的金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置。整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.2T。現(xiàn)用水平力垂直拉動(dòng)金屬棒ab,使它以v = 10m/s的速度向右做勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)導(dǎo)軌足夠長。

   (1)求金屬棒ab兩端的電壓;

   (2)若某時(shí)刻撤去外力,從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng),求電阻R產(chǎn)生的熱量。

 

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