分析 (1)由导体棒切割磁感线产生感应电动势公式求出感应电动势,由闭合电路的欧姆定律求出电路电流,由图象求出1s末电路电压值,然后求出金属棒的加速度,再由运动学公式求出其位移.
(2)由安培力公式求出安培力,由牛顿第二定律求出3s末的拉力,然后由功率公式P=Fv求出拉力的瞬时功率.
(3)由运动学求出3s末金属杆的速度,求出整个电路产生的热量,由功能关系求解外力F做的功.
解答 解:(1)由图象知,U=kt=0.2t
金属杆切割磁感线产生感应电动势:E=BLv
电压表示数,即R两端电压:U=$\frac{R}{R+r}$E=$\frac{R}{R+r}$BLv
由图乙所示图象可知,U与t成正比,则v与t成正比,金属杆做匀加速直线运动,则:U=0.1at
由图乙所示图象可知:t=1s时,U=0.2V
解得:a=2m/s2
金属杆的位移:x=$\frac{1}{2}$at2=$\frac{1}{2}$×2×12=1m;
(2)1s末金属杆的速度:v=at=2×1=2m/s,
对金属棒由牛顿第二定律得:F-μmg-F安=ma
安培力:F安=BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$=$\frac{0.{5}^{2}×0.{3}^{2}×2}{0.8+0.4}$N=0.0375N,
代入数据解得:F=1.2375N,
1s末力F的瞬时功率 P=Fv=1.2375×2 W=2.475 W;
(3)若3.0s内电阻R上产生的热量是 QR=0.45J,则金属杆产生的热量是 Qr=$\frac{r}{R}{Q}_{R}$=$\frac{0.4}{0.8}$×0.45J=0.225J
3s内金属杆的位移 x=$\frac{1}{2}a{t}_{3}^{2}$=$\frac{1}{2}×2×{3}^{2}$m=9m
3s末杆的速度为 v=at3=2×3=6m/s
根据功能关系得:
外力F做的功 W=Qr+QR+μmgx+$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
代入解得 W=0.375J
答:(1)金属杆ab在1.0s内通过的位移为1m.(2)1.0s末拉力F的瞬时功率为2.475 W.(3)若3.0s内电阻R上产生的热量是0.45J,则外力F做的功是0.375J.
点评 本题是一道电磁感应与电路、运动学相结合的综合题,分析清楚棒的运动过程、由图象找出某时刻所对应的电流、应用相关知识,是正确解题的关键.
科目:高中物理 来源: 题型:选择题
A. | 粒子带负电 | |
B. | 粒子在A点的速度大于在B点的速度 | |
C. | 粒子在A点的加速度小于在B点的加速度 | |
D. | 粒子在A点的电势能大于在B点的电势能 |
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科目:高中物理 来源: 题型:解答题
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科目:高中物理 来源: 题型:多选题
A. | 圆环沿细杆从P运动到O的过程中,加速度一直增大 | |
B. | 圆环沿细杆从P运动到O的过程中,速度一直增大 | |
C. | 若只增大圆环所带的电荷量,圆环离开细杆后仍能绕点电荷Q做匀速圆周运动 | |
D. | 若将圆环从杆P′(P点上方)静止释放,其他条件不变,圆环离开细杆后仍能绕点电荷Q做匀速圆周运动 |
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科目:高中物理 来源: 题型:多选题
A. | $\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=$\frac{1}{2}$ | B. | $\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$<$\frac{1}{2}$ | C. | $\frac{tan{θ}_{1}}{tan{θ}_{2}}$=$\frac{1}{2}$ | D. | $\frac{tan{θ}_{1}}{tan{θ}_{2}}$=$\frac{2}{5}$ |
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科目:高中物理 来源: 题型:解答题
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