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如图甲所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α,导轨电阻不计.匀强磁场垂直导轨平面向上,长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R,另有一条纸带固定金属棒ab上,纸带另一端通过打点计时器(图中未画出),且能正常工作.在两金属导轨的上端连接右端电路,灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,电阻箱电阻调到使R2=12R,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,同时接通打点计时器的电源,打出一条清晰的纸带,已知相邻点迹的时间间隔为T,如图乙所示,试求:

(1)求磁感应强度为B有多大?
(2)当金属棒下滑距离为S0时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始下滑2S0的过程中,整个电路产生的电热.
(1)根据图乙纸带上打出的点迹可看出,金属棒最终做匀速运动,且速度最大,
最大值为vm=2m/s,
当达到最大速度时,则有mgsinα=F
因F=ILB
I=
BLvm
R

其中R=6R
所以mgsinα=
B2L2vm
R

解得B=
3RTmgsinα
L2S

(2)由能量守恒知,放出的电热Q=mg?2s0sinα-
1
2
m
v2m

代入上面的vm值,可得Q=2mgs0sinα-
2ms
T2

答:(1)磁感应强度为B为
3RTmgsinα
L2S

(2)当金属棒下滑距离为S0时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始下滑2S0的过程中,整个电路产生的电热2mgs0sinα-
2ms
T2
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

足够长光滑导轨,竖直放置在垂直于纸面向里的匀强磁场中,已知导轨宽L=0.5m,磁感应强度B=2T.有阻值为0.5Ω,质量为0.2kg的导体棒AB紧挨导轨,沿着导轨由静止开始下落,如图所示,设串联在导轨中的电阻R阻值为2Ω,其他部分的电阻及接触电阻均不计.
问:(1)导体棒AB在下落过程中达到的最大速度为多少?
(2)当导体棒AB的速度为3m/s时,求此时棒的加速度?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,固定于水平面的U型金属导轨abcd,电阻不计,导轨间距L=1.0m,左端接有电阻R=2Ω.金属杆PQ的质量m=0.2Kg,电阻r=1Ω,与导轨间动摩擦因数μ=0.2,滑动时保持与导轨垂直.在水平面上建立x0y坐标系,x≥0的空间存在竖直向下的磁场,磁感应强度仅随横坐标x变化.金属杆受水平恒力F=2.4N的作用,从坐标原点开始以初速度v0=1.0m/s向右作匀加速运动,经t1=0.4s到达x1=0.8m处,g取10m/s2
求:
(1)磁感应强度与横坐标x应满足的关系;
(2)金属杆运动到x1处,PQ两点间的电势差;
(3)金属杆从开始运动到B=
3
2
T处的过程中克服安培力所做的功.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图,P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为L=30cm,处在竖直向下、磁感应强度大小为B=10T的匀强磁场中.一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上,在外力作用下向左以v=8m/s做匀速直线运动.现有一质量为m=0.64Kg、每边电阻为r=10Ω、边长为s=20cm的正方形金属框abcd用一个插销拴着,固定置于竖直平面内,两顶点a、b通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小也为B=10T的匀强磁场垂直金属框向里,不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力,g=10m/s2求:
(1)通过ab边的电流Iab
(2)导体杆ef所受外力F的大小;
(3)通过计算说明,拔掉插销后,金属框abcd处于什么运动状态?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,虚线abcd为水平放置的矩形匀强磁场区域,方向竖直向下,圆形闭合金属线框以一定的速度沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动.如图所示给出的是金属线框的四个可能到达的位置,则圆形线框的速度可能为零的位置是(  )
A.B.C.D.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图,光滑金属导轨互相平行,间距为L,导轨平面与水平面夹角为θ.放在一个范围较大的竖直向上的磁感强度为B的匀强磁场中.将一根质量为m的金属棒ab垂直导轨搁在导轨上.当ab最后在导轨上以v匀速下滑时,与导轨相连的小灯炮D正好正常发光,若不计导轨、金属棒ab的电阻,则D的额定功率为多少?灯丝此时的电阻为多少?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图甲足够长的平行光滑金属导轨ab、cd倾斜放置,两导轨之间的距离为L=0.5m,导轨平面与水平面间的夹角为θ=30°,导轨上端a、c之间连接有一阻值为R1=4Ω的电阻,下端b、d之间接有一阻值为R2=4Ω的小灯泡.有理想边界的匀强磁场垂直于导轨平面向上,虚线ef为磁场的上边界,ij为磁场的下边界,此区域内的感应强度B,随时间t变化的规律如图乙所示,现将一质量为m=0.2kg的金属棒MN,从距离磁场上边界ef的一定距离处,从t=0时刻开始由静止释放,金属棒MN从开始运动到经过磁场的下边界ij的过程中,小灯泡的亮度始终不变.金属棒MN在两轨道间的电阻r=1Ω,其余部分的电阻忽略不计,ef、ij边界均垂直于两导轨.重力加速度g=10m/s2.求:
(1)小灯泡的实际功率;
(2)金属棒MN穿出磁场前的最大速率;
(3)整个过程中小灯泡产生的热量.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在倾角为口的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场,区域Ⅰ磁场方向垂直斜面向下,区域Ⅱ磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m,电阻为R,边长也为L的正方形线框,由静止开始下滑,沿斜面滑行一段距离后ab边刚越过ee′进入磁场区域时,恰好做匀速直线运动,若当ab边到达gg′与ff′的中间位置时,线框又恰好做匀速直线运动.求:
(1)当ab边到达gg′与ff′的中间位置时做匀速直线运动的速度v.
(2)当ab边刚越过ff′进入磁场区域Ⅱ时,线框的加速度a.
(3)线框从ab边开始进入磁场Ⅰ至ab边到达gg′与ff′的中间位置的过程中产生的热量Q.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,导线框abcd放在光滑的平行导轨上,与导轨接触良好,现使导线框abcd向右运动,G1、G2是两只电流表,则(  )
A.G1、G2中都有电流通过
B.G1、G2中都没有电流通过
C.只有G1中有电流通过
D.只有G2中有电流通过

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