练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    16．如图所示，两根光滑水平导轨与一个倾角为α的金属框架abcd连接（连接处呈圆弧形），磁感应强度B跟框架面垂直，框架边ab、cd长均为L，电阻均为2R，框架其余部分电阻不计，有一根质量为m、电阻为R的金属棒MN平行于ab放置，让它以初速度v0冲上框架，在到达最高点的过程中，框架边ab发出的热量为Q．试求：
    （1）金属棒MN刚冲上框架时ab部分的发热功率；
    （2）金属棒MN上升的最大高度；
    （3）金属棒MN受到的最大安培力的大小和方向．

    分析 （1）根据切割产生的感应电动势公式、欧姆定律和电路的连接关系求出通过ab的电流，从而求出ab的发热功率；
    （2）根据电路的结构求出整个电路产生的总热量，再根据能量守恒定律求最大高度；
    （3）金属棒MN冲上导轨后在安培力作用下做减速运动，刚冲上导轨时速度最大，安培力最大，由切割产生的感应电动势公式、欧姆定律和安培力公式结合求解．

    解答 解：（1）金属棒MN刚冲上框架时产生的感应电动势为：
    E=BLv0；
    MN棒中感应电流为：I=$\frac{E}{R+{R}_{并}}=\frac{E}{2R}=\frac{BL{v}_{0}}{2R}$，
    ab部分的发热功率为：Pab=$（\frac{I}{2}）^{2}{R}_{ab}=（\frac{BL{v}_{0}}{4R}）^{2}•2R$=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{{v}_{0}}^{2}}{8R}$．
    （2）在到达最高点的过程中，框架边ab发出的热量为Q，cd边电阻和电流与ab边相同，则cd边产生的热量也为Q，
    金属棒中电流是ab边电流的2倍，电阻是ab边电阻的一半，根据Q=I2R知，金属棒中产生的热量是2Q，
    整个电路中产生的总热量为：Q总=4Q，
    根据能量守恒定律得：mgh+4Q=$\frac{1}{2}m{{v}_{0}}^{2}$，
    解得：h=$\frac{m{{v}_{0}}^{2}-8Q}{2mg}$．
    （3）金属棒MN刚冲上导轨时速度最大，安培力最大．此时电路中总电阻为：
    R总=R+R并=2R，
    最大安培力为：FA=BIL=B$\frac{BL{v}_{0}}{2R}L$=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{2R}$，方向沿斜面向下．
    答：（1）金属棒MN刚冲上框架时ab部分的发热功率为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{{v}_{0}}^{2}}{8R}$；
    （2）金属棒MN上升的最大高度为$\frac{m{{v}_{0}}^{2}-8Q}{2mg}$；
    （3）金属棒MN受到的最大安培力的大小为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{2R}$，方向沿斜面向下．

    点评 对于复杂的电磁感应问题，往往是电磁感应、磁场、电路和力学知识的综合应用，要理清电路的连接方式，分辨清楚哪部分电路是电源，哪部分是外电路，能熟练推导安培力与速度的关系．同时，要正确分析能量是如何转化，搞清各个部分电路功率的关系，要有解决复杂综合题的能力．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    2．如图所示，斜劈a放在粗糙的水平地面上，在斜劈上放一物块b，b静止在a上，今用一竖直向下的力F作用于b上，下列说法正确的是（　　）
    A．a对b的弹力不变B．b所受的合力变大
    C．a受到地面的摩擦力不变D．F增大到一定程度时，a会向左滑动

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：填空题

    3．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：某同学打出了一条纸带，各点距A点的距离分别为d1，d2，d3，…，各相邻点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g．要用它来验证物体从B到G处的机械能是否守恒，则B点的速度表达式为vB=$\frac{{d}_{2}}{2T}$，G点的速度表达式为vG=$\frac{{d}_{7}-{d}_{5}}{2T}$，若B点和G点的速度vB、vG及BG间的距离h均为已知量，则当在实验误差范围内满足vG2-vB2=2gh（用vB、vG、h、g表示）时，重锤下落过程中的机械能守恒．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：解答题

    4．如图所示，在xOy平面的第一、四象限存在匀强电场和匀强磁场，电、磁场以OM为分界线，OM与x轴正向夹角θ=45°，匀强电场的电场强度大小为E=32N/C，方向沿y轴负方向，匀强磁场的磁感应强度大小为B=0.1T，方向垂直纸面向里．在第三象限存在加速电场，一质量m=1×10-24kg、电量q=5×10-18C的带正电的粒子，从静止开始经加速电场U加速后，从y轴上的点A（0，-4×10-3）以沿x轴正方向的初速度v0射出，带电粒子第一次进入电场时的位置坐标为（4×10-3，-4×10-3），速度方向沿y轴正方向．
    （1）求初速度v0的大小以及加速电场的电压U；
    （2）若带电粒子从A点出发到经过电磁场边界过程的总时间为3.128×10-5s，求粒子是第几次通过边界OM；
    （3）若带电粒子经过电磁场边界OM时的速度大小为2$\sqrt{5}$×103m/s，求粒子是第几次通过边界OM以及粒子在电磁场中运动的总时间．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    11．如图所示，两足够长电阻不计的光滑金属导轨竖直放置，上端接阻值为R的电阻，匀强磁场与导轨平面垂直，一个导体棒从某一高度竖直落入匀强磁场中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，在．磁场中其速度时间图象一定不可能的是（　　）
    A．B．C．D．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    1．如图所示，圆心为O、圆心角为90°的扇形导线框N位于纸面内（竖直面），过O的水平面上方足够大区域内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，现使线框N在t=0时从图示位置开始，绕垂直于纸面、且过圆心O的轴逆时针匀速转动．下列可能正确表示此导线框中感应电流i随时间t变化关系的图象是（　　）
    A．B．C．D．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：解答题

    8．相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置，质量为m1=1kg的金属棒ab和质量为m2=0.27kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，如图（a）所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应强度大小相同．ab棒光滑，cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.75，两棒总电阻为1.8Ω，导轨电阻不计．ab棒在方向竖直向上，大小按图（b）所示规律变化的外力F作用下，从静止开始，沿导轨匀加速运动，同时cd棒也由静止释放．

    （1）求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小；
    （2）已知在2s内外力F做功26J，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热；
    （3）判断cd棒将做怎样的运动，求出cd棒达到最大速度所需的时间t0．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    5．两根足够长、电阻不计且相距为d的平行金属导轨固定在倾角θ的绝缘斜面上，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在垂直导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，如图所示．质量为m的导体棒ab垂直导轨放置，且与两导轨保持良好接触，导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ．将导体棒由静止释放，当导体棒沿导轨运动距离L时速度恰好达到最大．设导体棒接入电路的电阻为r，运动中导体棒始终与导轨保持垂直，不计导轨电阻，则在此过程中（　　）
    A．导体棒平均速度的值为$\frac{mg（sinθ-μcosθ）（R+r）}{2{B}^{2}{d}^{2}}$
    B．导体棒两端的最大电压为$\frac{mg（sinθ-μcosθ）R}{Bd}$
    C．重力和摩擦力对导体棒做的合功大于导体棒动能的变化量
    D．电路中产生的焦耳热为mgL（sinθ-μcosθ）

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    6．如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中正确的是（　　）
    A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
    B．a光在三棱镜中传播的速度较大
    C．让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
    D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案