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    两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为,其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02 kg,电阻均为R=0.1 Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2 T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止.取g=10 m/s2,问：

    (1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？

    (2)棒ab受到的力F多大？

    (3)棒cd每产生Q=0.1 J的热量，力F做的功W是多少？

    【解析】(1)棒cd受到的安培力为

    　　　　　　　　 　

    棒cd在共点力作用下平衡，则

    Fcd=mgsin30°　　　 (1分)

    由①②式代入数值得：

    I=1 A　　 　 (1分)

    根据楞次定律可知，棒cd中电流方向由d至c.　 (1分)

    (2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等，

    Fab=Fcd　　　　　　　　

    对棒ab，由共点力平衡条件得：

    　 (1分)

    代入数据解得：F=0.2 N　 (1分)

    (3)设在时间t内棒cd产生Q=0.1 J热量，由焦耳定律知Q=I2Rt　 (1分)

    设棒ab匀速运动的速度大小为v，其产生的感应电动势

    由闭合电路欧姆定律可知

    　　　　　 (1分)

    根据运动学公式可知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移

    x=vt　　　 则力F做的功W=Fx （1分）

    联立以上各式，代入数值解得：

    W=0.4 J　　　 （1分）

    练习册系列答案
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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图甲所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距l=0.4 m，导轨平面与水平面成θ=30°角，下端通过导线连接阻值R=0.5Ω的电阻．金属棒ab阻值r=0.3Ω，质量m=0.2kg，放在两导轨上，与导轨垂直并保持良好接触．其余部分电阻不计，整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中．取g=10 m/s2．

    （1）若磁场是均匀增大的匀强磁场，在开始计时即t=0时刻磁感应强度B0=2.0T，为保持金属棒静止，作用在金属棒上平行斜面向上的外力F随时间t变化的规律如图乙所示，求磁感应强度B随时间t变化的关系．
    （2）若磁场是磁感应强度大小恒为B1的匀强磁场，通过额定功率P=10W的小电动机对金属棒施加平行斜面向上的牵引力，使其从静止开始沿导轨做匀加速度直线运动，经过
    87
    s电动机达到额定功率，此后电动机功率保持不变，金属棒运动的v-t图象如图丙所示．试求磁感应强度B1的大小和小电动机刚达到额定功率时金属棒的速度v1的大小？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    （2011?上海模拟）如图甲所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为L=0.40m，导轨平面与水平面成θ=30？角，上端和下端通过导线分别连接阻值R1=R2=1.2Ω的电阻，质量为m=0.20kg、阻值为r=0.20Ω的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直且保持良好接触，整个装置处在垂直导轨平面向上的磁场中，取重力加速度g=10m/s2．若所加磁场的磁感应强度大小恒为B，通过小电动机对金属棒施加力，使金属棒沿导轨向上做匀加速直线运动，经过0.5s电动机的输出功率达到10W，此后保持电动机的输出功率不变，金属棒运动的v-t图如图乙所示，试求：
    （1）磁感应强度B的大小；
    （2）在0-0.5s时间内金属棒的加速度a的大小；
    （3）在0-0.5s时间内电动机牵引力F与时间t的关系；
    （4）如果在0-0.5s时间内电阻R1产生的热量为0.135J，则这段时间内电动机做的功．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    （2011?黄浦区一模）如图（a）所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为l，导轨平面与水平面成θ角，下端通过导线连接的电阻为R．质量为m、阻值为r的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并始终保持良好接触，整个装置处于垂直导轨平面向上的磁场中．
    （1）若金属棒距导轨下端距离为d，磁场随时间变化的规律如图（b）所示，为保持金属棒静止，求加在金属棒中央、沿斜面方向的外力随时间变化的关系．
    （2）若所加磁场的磁感应强度大小恒为B′，通过额定功率Pm的小电动机对金属棒施加沿斜面向上的牵引力，使其从静止开始沿导轨做匀加速直线运动，经过时间t1电动机达到额定功率，此后电动机功率保持不变．金属棒运动的v-t图象如图（c）所示．求磁感应强度B′的大小．
    （3）若金属棒处在某磁感应强度大小恒定的磁场中，运动达到稳定后的速度为v，在D位置（未标出）处突然撤去拉力，经过时间t2棒到达最高点，然后沿轨道返回，在达到D位置前已经做匀速运动，其速度大小为
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    v    ，求棒在撤去拉力后所能上升的最大高度．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    （2008?东莞模拟）如图（a）所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为L，导轨平面与水平面成θ角，上端通过导线连接阻值为R的电阻，阻值为r的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，整个装置处在垂直导轨平面向上的磁场中，若所加磁场的磁感应强度大小恒为B，使金属棒沿导轨由静止向下运动，金属棒运动的v-t图象如图（b）所示，当t=t0时刻，物体下滑距离为s．已知重力加速度为g，导轨电阻忽略不计．试求：
    （1）金属棒ab匀速运动时电流强度I的大小和方向；
    （2）导体棒质量m；
    （3）在t0时间内电阻R产生的焦耳热．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距离L=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，且都与导轨始终有良好接触．已知两金属棒质量均为m=0.02kg，电阻相等且不可忽略．整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2T，金属棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而金属棒cd恰好能够保持静止．取g=10m/s2，求：
    （1）通过金属棒cd的电流大小、方向；
    （2）金属棒ab受到的力F大小；
    （3）若金属棒cd的发热功率为0.1W，金属棒ab的速度．

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