如圖所示，間距為L、電阻為零的U形金屬豎直軌道，固定放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里。豎直軌道上部套有一金屬條bc，bc的電阻為R，質(zhì)量為2m，可以在軌道上無摩擦滑動(dòng)，開始時(shí)被卡環(huán)卡在豎直軌道上處于靜止?fàn)顟B(tài)。在bc的正上方高H處，自由落下一質(zhì)量為m的絕緣物體，物體落到金屬條上之前的瞬間，卡環(huán)立即釋放，兩者一起繼續(xù)下落。設(shè)金屬條與導(dǎo)軌的摩擦和接觸電阻均忽略不計(jì)，豎直軌道足夠長。求：

（1）金屬條開始下落時(shí)的加速度；

（2）金屬條在加速過程中，速度達(dá)到v1時(shí)，bc對物體m的支持力；

（3）金屬條下落h時(shí)，恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng)，求在這一過程中感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量。


【解析】：（1）物塊m自由下落與金屬條碰撞的速度為

設(shè)物體m落到金屬條2m上，金屬條立即與物體有相同的速度v開始下落，

由m和2m組成的系統(tǒng)相碰過程動(dòng)量守恒

    則

金屬條以速度v向下滑動(dòng)，切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，在閉合電路中有感應(yīng)電流

則金屬條所受安培力為

 

對于，金屬條和物體組成的整體，由牛頓第二定律可得

則金屬條開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為

     （8分）

   （2）當(dāng)金屬條和物體的速度達(dá)到v1時(shí)，加速度設(shè)為，同理可得，

對物體m來說，它受重力mg和支持力N，則有

     （4分）

   （3）金屬條和物體一起下滑過程中受安培力和重力，隨速度變化，安培力也變化， 做變加速度運(yùn)動(dòng)，最終所受重力和安培力相等，加速度也為零，物體將以速度做勻速運(yùn)動(dòng)，則有    

金屬條的最終速度為

下落h的過程中，設(shè)金屬條克服安培力做功為WA，由動(dòng)能定理

感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量Q=WA

得：     （6分）


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：


如圖，P為橋墩，A為靠近橋墩浮出水面的葉片，波源S連續(xù)振動(dòng)，形成水波，此時(shí)葉片A靜止不動(dòng)。為使水波能帶動(dòng)葉片振動(dòng)，可用的方法是

A．提高波源頻率                                 B．降低波源頻率

C．增加波源距橋墩的距離                         D．減小波源距橋墩的距離

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科目：高中物理 來源： 題型：


用實(shí)驗(yàn)測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動(dòng)勢約6V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐�？蛇x用的實(shí)驗(yàn)器材有：

電流表A1（量程0～30mA）；

電流表A2（量程0～100mA）；

電壓表V（量程0～6V）；

滑動(dòng)變阻器R1（阻值0～5Ω）；

滑動(dòng)變阻器R2（阻值0～300Ω）；

開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干條。

某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下：

Ⅰ．設(shè)計(jì)如圖3所示的電路圖，正確連接電路。

                            

Ⅱ．將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小R的阻值，測出多組U和I的值，并記錄。以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖4所示的圖線。

Ⅲ．?dāng)嚅_開關(guān)，將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)Ⅱ的步驟，得到另一條U-I圖線，圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為（I0，0），與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0，U0）。

回答下列問題：

①電流表應(yīng)選用     ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用       ；

②由圖4的圖線，得電源內(nèi)阻r＝     Ω；

                           

③用I0、U0和r表示待測電阻的關(guān)系式Rx＝       ，代入數(shù)值可得Rx；

④若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動(dòng)變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍       ，電壓表示數(shù)變化范圍      。（選填“相同”或“不同”）

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科目：高中物理 來源： 題型：


一水平放置的圓盤繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2 mm的均勻狹縫。將激光器與傳感器上下對準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于；圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動(dòng)，激光器接收到一個(gè)激光信號(hào)，并將其輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖（a）為該裝置示意圖，圖（b）為所接收的光信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示接收到的激光信號(hào)強(qiáng)度，圖中Dt1＝1.0´10－3 s，Dt2＝0.8´10－3 s。

（1）利用圖（b）中的數(shù)據(jù)求1 s時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度；

（2）說明激光器和傳感器沿半徑移動(dòng)的方向；

（3）求圖（b）中第三個(gè)激光信號(hào)的寬度Dt3。

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科目：高中物理 來源： 題型：


利用水流和太陽能發(fā)電，可以為人類提供清潔能源。水的密度ρ=1.0×103kg/m3，太陽光垂直照射到地面上時(shí)的輻射功率P0 =1.0×103W/m2，地球表面的重力加速度取g=10m/s2。

（1）三峽水電站發(fā)電機(jī)輸出的電壓為18kV。若采用500kV直流電向某地區(qū)輸電5.0×106kW，要求輸電線上損耗的功率不高于輸送功率的5%，求輸電線總電阻的最大值；

（2）發(fā)射一顆衛(wèi)星到地球同步軌道上（軌道半徑約為地球半徑的6.6≈倍）利用太陽能發(fā)電，然后通過微波持續(xù)不斷地將電力輸送到地面，這樣就建成了宇宙太陽能發(fā)電站。求衛(wèi)星在地球同步軌道上向心加速度的大��；

（3）三峽水電站水庫面積約1.0×109m2，平均流量Q=1.5×104m3/s，水庫水面與發(fā)電機(jī)所在位置的平均高度差為h=100m，發(fā)電站將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能的總效率η=60%。在地球同步軌道上，太陽光垂直照射時(shí)的輻射功率為10P0。太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為20％，將電能輸送到地面的過程要損失50%。若要使（2）中的宇宙太陽能發(fā)電站相當(dāng)于三峽電站的發(fā)電能力，衛(wèi)星上太陽能電池板的面積至少為多大？

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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖所示，在一光滑的水平面上有兩塊相同的木板B和C。重物A（視為質(zhì)點(diǎn)）位于B的右端，A、B、C的質(zhì)量相等�，F(xiàn)A和B以同一速度滑向靜止的C、B與C發(fā)生正碰。碰后B和C粘在一起運(yùn)動(dòng)，A在C上滑行，A與C有摩擦力。已知A滑到C的右端而未掉下。試問：從B、C發(fā)生正碰到A剛移到C右端期間，C所走過的距離是C板長度的多少倍。

 


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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖，足夠長的水平傳送帶始終以大小為v＝3m/s的速度向左運(yùn)動(dòng)，傳送帶上有一質(zhì)量為M＝2kg的小木盒A，A與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0．3，開始時(shí)，A與傳送帶之間保持相對靜止。先后相隔△t＝3s有兩個(gè)光滑的質(zhì)量為m＝1kg的小球B自傳送帶的左端出發(fā)，以v0＝15m/s的速度在傳送帶上向右運(yùn)動(dòng)。第1個(gè)球與木盒相遇后，球立即進(jìn)入盒中與盒保持相對靜止，第2個(gè)球出發(fā)后歷時(shí)△t1＝1s/3而與木盒相遇。求（取g＝10m/s2）

（1）第1個(gè)球與木盒相遇后瞬間，兩者共同運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)多大？

（2）第1個(gè)球出發(fā)后經(jīng)過多長時(shí)間與木盒相遇？

（3）自木盒與第1個(gè)球相遇至與第2個(gè)球相遇的過程中，由于木盒與傳送帶間的摩擦而產(chǎn)生的熱量是多少？

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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖甲所示,兩水平放置的平行金屬板C、D相距很近，上面分別開有小孔O和O＇，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌P、Q與金屬板C、D接觸良好，且導(dǎo)軌處在B1=10T的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌間距L=0．5m,金屬棒AB緊貼著導(dǎo)軌沿平行導(dǎo)軌方向在磁場中做往復(fù)運(yùn)動(dòng),其速度圖象如圖乙．若規(guī)定向右運(yùn)動(dòng)的速度方向?yàn)檎?從t=0時(shí)刻開始,由C板小孔O處連續(xù)不斷以垂直于C板方向飄入質(zhì)量為m = 3．2×10-21kg、電量q = +1．6×10-19C的粒子(飄入的速度很小,可視為零)．在D板外側(cè)有以MN為邊界的足夠大的勻強(qiáng)磁場B2=10T,MN與D相距,B1B2的方向如圖所示(粒子重力及相互作用不計(jì)),求：

(１)0～４．0s時(shí)間內(nèi)哪些時(shí)刻發(fā)射的粒子能穿過電場并飛出磁場邊界MN?

(２)粒子從邊界MN射出來的位置之間的最大距離為多少?

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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖，長為L的粗糙長木板水平放置，在木板的A端放置一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊�，F(xiàn)緩慢抬高A端，使木板以左端為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)木板轉(zhuǎn)到與水平面的夾角為α時(shí)，小物塊開始滑動(dòng)，此時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)木板，讓小物塊滑到底端。取重力加速度為g。下列說法正確的是（     ）

（A）整個(gè)過程支持力對物塊做功為零

（B）整個(gè)過程支持力對物塊做功為mgLsinα

（C）整個(gè)過程木板對物塊做功為零

（D）整個(gè)過程木板對物塊做功大于物塊機(jī)械能的增量

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