13.如圖甲所示,水平面上足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN,PQ間距L=0.3m導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),其間連接有阻值R=0.8Ω的固定電阻.開始時(shí),導(dǎo)軌上固定著一質(zhì)量m=0.01kg,電阻r=0.4的金屬桿ab,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直導(dǎo)軌面向下.現(xiàn)用一平行金屬導(dǎo)軌面的外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始運(yùn)動.電壓采集器可將其兩端的電壓U即時(shí)采集并輸入電腦,獲得的電壓U隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象如圖乙所示.求:
(1)在t=4.0s時(shí),通過金屬桿的感應(yīng)電流的大小和方向.
(2)4.0s內(nèi)ab位移的大。
(3)4s末拉力F的瞬時(shí)功率.

分析 (1)由圖象求出t=4s末電路R兩端的電壓值,由歐姆定律求出電路中電流大小,根據(jù)右手定則判斷出電流的方向;
(2)根據(jù)圖象乙寫出U與t的關(guān)系式,結(jié)合歐姆定律、法拉第定律求出速度與時(shí)間的關(guān)系式,從而求得金屬棒的加速度,再由運(yùn)動學(xué)公式求出其位移.
(3)由安培力公式求出安培力,由牛頓第二定律求出t=4s末的拉力,然后由功率公式P=Fv求出拉力的瞬時(shí)功率.

解答 解:(1)由題圖乙可知,當(dāng)t=4s時(shí),U=0.6V,此時(shí)電路中的電流(即通過金屬桿的電流)為:
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{0.6}{0.8}$A=0.75A
用右手定則判斷出,此時(shí)電流的方向由b指向a;
(2)由題圖乙知:U=kt=0.15t(V)
金屬桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=BLv
由電路分析有:U=$\frac{R}{R+r}$E
聯(lián)立得:v=1.5t(m/s)
則知v與t成正比,即金屬桿沿水平方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,加速度為:a=1.5m/s2
金屬桿在0~4s內(nèi)的位移為:x=$\frac{1}{2}$at2=$\frac{1}{2}$×1.5×42m=12m;
(3)t=4s時(shí)桿的速度為:v4=at=1.5×4m/s=6m/s
金屬桿所受安培力為:F=BIL
由牛頓第二定律,對金屬桿有:F-F=ma
聯(lián)立解得t=4s時(shí)拉力F的瞬時(shí)功率為:P=Fv4
聯(lián)立解得:P=0.765W.
答:(1)在t=4s時(shí)通過金屬桿的感應(yīng)電流是0.75A,方向由b指向a;
(2)4s內(nèi)金屬桿的位移大小是12m;
(3)4s末拉力F的瞬時(shí)功率是0.765W.

點(diǎn)評 本題是一道電磁感應(yīng)與電路、運(yùn)動學(xué)相結(jié)合的綜合題,要分析清楚棒的運(yùn)動過程,由圖象找出某時(shí)刻所對應(yīng)的速度與時(shí)間的關(guān)系是正確解題的關(guān)鍵.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

18.如圖所示,半徑為R、上表面水平的半球形(O為球心)玻璃磚懸空水平放置,其下方水平放置著面積足夠大的光屏,直徑MN與光屏間距為d=2$\sqrt{2}$R.一束單色光垂直于玻璃磚上表面射入,恰好布滿玻璃磚的上表面,其中部分光經(jīng)玻璃磚折射后能夠照到光屏上.已知玻璃磚對該光的折射率n=$\sqrt{2}$,求光屏上被光照亮的面積.(不計(jì)光在玻璃磚內(nèi)的反復(fù)反射)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

4.某同學(xué)研究“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與小車受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),根據(jù)數(shù)據(jù)畫出a-F圖象如圖所示,該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題可能是( 。
A.摩擦力沒有平衡B.長木板的傾斜角過大
C.小車的質(zhì)量發(fā)生了變化D.繩子拉力方向沒有與長木板平行

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

1.用如圖所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中:
(1)下列做法正確的是AB.(填選項(xiàng)符號)
A.體積相同的重物,選質(zhì)量較大的
B.實(shí)驗(yàn)中先接通電源后松放紙帶
C.在計(jì)算重物動能增加量時(shí),速度用公式v=$\sqrt{2gh}$計(jì)算
D.在計(jì)算重物動能增加量時(shí),速度用公式v=gt計(jì)算
(2)實(shí)驗(yàn)中選擇一條符號要求的紙帶,將第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O,從某點(diǎn)開始選取三個(gè)連續(xù)的點(diǎn)A、B、C,測得OA=44.23cm,OC=56.73cm.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間=9.8m/s2,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為0.02s,則打下B點(diǎn)時(shí)重物的速度為3.13m/s.(保留三位有效數(shù)字)
(3)某同學(xué)在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測量它們到起始點(diǎn)O的距離h,計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v,描繪v2-h圖象.若v2-h圖象是一條過原點(diǎn)的直線,且直線的斜率接近D時(shí),可知重物在下落過程中機(jī)械能守恒.(填選項(xiàng)符號)
A.$\frac{1}{g}$     B.$\frac{1}{2g}$    C.g     D.2g.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.質(zhì)量和阻值都相等的桿1、2,靜止放置在兩光滑平行導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌水平,某時(shí)刻桿2受到恒定水平外力作用,如圖,則兩桿的運(yùn)動情形描述正確的是( 。
A.開始兩桿做變加速運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí),兩桿以相同的加速度做勻變速直線運(yùn)動
B.開始兩桿做勻加速運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí),兩桿相同的速度做勻速直線運(yùn)動
C.開始兩桿做勻加速運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí),兩桿以恒定的速度差做勻速直線運(yùn)動
D.開始兩桿做變加速運(yùn)動,穩(wěn)定時(shí),兩桿以恒定的速度差做勻速直線運(yùn)動

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

18.我國的“動車組”技術(shù)居世界領(lǐng)先地位,成為城際間高效交通的重要工具.動車組就是由幾節(jié)自帶動力的車廂與幾節(jié)不帶動力的車廂編成的列車組.有一動車組由8節(jié)車廂連接而成,其中第1節(jié)和第7節(jié)車廂為動力車廂,每節(jié)動力車廂的額定功率均為2×104kW.動車組每節(jié)車廂的質(zhì)量均為5×104kg,在行駛過程中阻力恒為其重力的0.1倍.若動車組從靜止開始先勻加速啟動,加速度的大小a=4m/s2,動力車廂的輸出功率達(dá)到額定功率后,保持功率不變繼續(xù)行駛了1000m時(shí)達(dá)到最大速度,此后以最大速度保持勻速行駛,已知運(yùn)行過程中,每節(jié)動力車廂總保持相同的功率輸出,g=10m/s2,求:
(1)動車組在勻加速啟動過程中,第7節(jié)車廂對第8節(jié)車廂的牽引力大;
(2)動車組勻加速階段結(jié)束時(shí)的速度大。
(3)動車組從靜止到獲得最大行駛速度所用的總時(shí)間.

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

5.在做“用油膜法估測分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸7mL,用注射器測得1mL上述溶液中有液滴50滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上描述油膜的輪廓,隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上,其形狀如圖所示,坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長為2cm,求:
①油酸膜的面積是多少?
②每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少?
③根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測油酸分子的直徑是多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.用如圖示裝置《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》實(shí)驗(yàn)中,不必要的實(shí)驗(yàn)器材是(  )
A.刻度尺B.低壓交流電源C.天平D.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

3.“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.
(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖2所示.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s.從比較清晰的點(diǎn)起,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離.該小車的加速度a=0.16 m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(2)平衡摩擦力后,將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上.掛上砝碼盤,然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤中,測量小車的加速度.小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a-F的關(guān)系圖象.

(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的a-F圖線不通過原點(diǎn),請說明主要原因.

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同步練習(xí)冊答案