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20.如图示,光滑的U型导轨形成一个倾角为30°的斜面,导轨的水平间距为l=10cm,在斜面上有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=20T,一质量为m=2kg的导体棒在导轨上由静止释放,导体棒的电阻R=2Ω,导轨电阻不计,当小球沿斜面下滑S=6m时,导体棒获得最大速度.求
(1)导体棒的最大速度,
(2)从静止到小球获得最大速度过程中回路产生的焦耳热.

分析 (1)根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求解电流强度,根据共点力的平衡条件求解速度大小;
(2)由能量守恒定律求解回路产生的焦耳热.

解答 解:(1)当导体棒受力平衡时速度最大,根据平衡条件可得:
30°=BIl,
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律可得:
$\frac{E}{R}=\frac{Blv}{R}$,
联立解得:v=5m/s;
(2)由能量守恒得:
mgs•sin30°=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$+Q,
解得:Q=25J.
答:(1)导体棒的最大速度为5m/s,
(2)从静止到小球获得最大速度过程中回路产生的焦耳热为25J.

点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下物体的平衡问题;另一条是能量,分析电磁感应现象中的能量如何转化是关键.

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:实验题

13.1916年,美国著名实验物理学家密立根,完全肯定了爱因斯坦光电效应方程,并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值,从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖.其原理如图甲所示,若测量某金属的遏止电压Ue与入射光频率v的关系图象如图乙所示,图中频率v1、v2,遏止电压Ue1、Ue2及电子的电荷量e均为已知,则:

(1)普朗克常量h=$\frac{e({U}_{c2}-{U}_{c1})}{{v}_{2}-{v}_{1}}$;
(2)该金属的截止频率v0=$\frac{{U}_{c2}{v}_{1}-{U}_{c1}{v}_{2}}{{U}_{c2}-{U}_{c1}}$..

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

14.如图所示,虚线MO与水平线PQ相交于O点,二者夹角θ=30°,在MO右侧存在电场强度为E,方向竖直向上的匀强电场,MO左侧某个区域存在磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场,O点在磁场的边界上.现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸内以速度v($0≤v≤\frac{E}{B}$)垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向右,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力,求:
(1)速度最大的粒子距PQ的最大距离;
(2)速度最大的粒子自O开始射入磁场至返回水平线PQ所用的时间;
(3)磁场区域的最小面积.

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

8.如图所示,平行光滑导轨置于匀强磁场中,磁感应强度为B=1T,方向垂直于导轨平面.导轨宽度L=1m,电阻R1=R3=8Ω,R2=4Ω,金属棒ab以v速度向左匀速运动.导轨及金属棒ab电阻忽略不计,平行板电容器两板水平放置,板间距离d=10mm,板间有一质量为m=10-14 kg,电量q=10-15C的粒子,在电键S断开时粒子处于静止状态,g取10m/s2.求:
求:(1)金属棒运动的速度v为多少?
(2)S闭合后,带电粒子运动的加速度大小?

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科目:高中物理 来源: 题型:解答题

15.如图所示,在水平面上有两条长度相同均为2L,间距为L的平行长直轨道,处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,横置于轨道上长为L的滑杆向右运动,滑杆和轨道电阻很小忽略不计,两者无摩擦且接触良好,轨道两侧分别连接理想电压表理想电流表和外电阻,阻值为R,
求:(1)流经安培表的电流的流向(a到b还是b到a);
(2)若滑杆在外力作用下匀速向右运动,则两电表读数的乘积反映了什么物理量?
(3)若滑杆质量为m,现用大小为F的水平恒力拉着滑块从轨道最左侧由静止开始运动,当到达轨道最右侧时电压表示数为U,则此时滑杆的速度多少?此过程中回路产生多少热量?

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

5.如图所示,水平放置的平行金属导轨MN、OP间距离为L,左、右两端分别接大小为R的相同电阻,导轨的电阻不计.一质量为m、电阻为0.5R的金属杆ab刚好与导轨接触良好,不计摩擦.整个装置放在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中.当ab杆在水平恒力F(F未知)作用下从静止开始向左运动距离为d时恰好达到最大速度vm.求:
(1)说明金属杆ab达到最大速度前的运动情况;
(2)水平恒力F;
(3)求运动过程中金属杆产生的热量Q.

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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

12.粒子回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D形金属盒的半径为R,两金属盒间的狭缝很小,磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直,高频交流电的频率为f,加速电场的电压为U,若中心粒子源处产生的质子质量为m,电荷量为+e,在加速器中被加速.不考虑相对论效应,则下列说法正确是(  )
A.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该加速器也可加速α粒子
B.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为$\sqrt{2}$:l
C.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf
D.加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大

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科目:高中物理 来源: 题型:实验题

9.某兴趣小组测量小物块与水平面之间的动摩擦因数和弹簧压缩后弹性势能大小的装置如图所示.弹簧左端固定在挡板上,右端被带有挡光条的小物块压至C处.现由静止释放小物块,小物块与弹簧分离后通过P处光电计时器的光电门,最终停在水平面上某点B.已知挡光条的宽度为d,当地重力加速度为g.
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科目:高中物理 来源: 题型:多选题

10.下列说法正确的是(  )
A.布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的不规则性
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