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如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为L=0.50 m.一根质量为m=0.50 kg的均匀金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节、竖直向上的匀强磁场中,ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为Fm=1.0 N,ab棒的电阻为R=0.10 Ω,其他各部分电阻均不计。开始时,磁感应强度B0=0.50 T。

(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感应强度的大小,使其以=0.20 T/s的变化率均匀增加,求经过多长时间ab棒开始滑动.此时通过ab棒的电流大小和方向如何?

(2)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a=4.0 m/s2的加速度匀加速运动,推导出此拉力FT的大小随时间t变化的函数表达式,并在图乙所示的坐标图上作出拉力FT随时间t变化的FT-t图线。

 

【答案】

(1)I=0.5 A,从b到a(2)见解析

【解析】

试题分析:(1)以ab杆为研究对象,当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的电流I.以ab杆为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大。

当磁感应强度增大到ab所受安培力F与最大静摩擦力Fm相等时开始滑动。因F=BIl,B=B0+t=(0.5+0.2t) T,I=,E==l2, F=Fm。 

由以上各式求出,经时间t=17.5 s后ab棒开始滑动,此时通过ab棒的电流大小为I=0.5 A,由楞次定律可判断出,电流方向为从b到a。

(2)当ab匀加速运动时,根据牛顿第二定律有:FT-Fm-F=ma.,因F=B0Il,I=B0lv/R,v=at。

联立上述各式,并代入数据,可解得:FT=Fm+ma+B02l2at/R=(3+2.5t) N。

由此可画出FT-t关系图象如图所示。

考点:考查了导体棒切割磁感线运动

点评:做本题的关键需要先判断感应电流的表达式,结合受力分析解题

 

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,一个足够长的“L”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为L=0.50m.一根质量为m=0.50kg的均匀金属导体棒ab横跨在导轨上且接触良好.abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中.ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为fm=1.0N,ab棒的电阻为R=O.10Ω.其他各部分电阻均不计.开始时磁感强度B0=0.50T.
(1)若从某时刻(t=O)开始,调节磁感强度的大小使其以△B/△t=0.20T/s的变化率均匀增加.求经过多长时间ab棒开始滑动?此时通过ab棒的电流大小和方向如何?
(2)若保持磁感强度B0的大小不变.从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a=4.0m/s2的加速度匀加速运动.推导出此拉力T的大小随时间变化的函数表达式.并在图乙所示的坐标图上作出拉力T随时间t变化的T-t图线.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为l=0.50 m.一根质量为m=0.50 kg的均匀金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中.ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为Fm=1.0 N,ab棒的电阻为R=0.10 Ω,其他各部分电阻均不计.开始时,磁感应强度B0=0.50 T.

(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感应强度的大小使其以=0.20 T/s的变化率均匀增加.求经过多长时间ab棒开始滑动?此时通过ab棒的电流大小和方向如何?

(2)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a=4.0 m/s2的加速度匀加速运动.推导出此拉力FT 大小随时间t变化的函数表达式,并在图乙所示的坐标图上作出拉力FT随时间t变化的FT-t图线.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图甲所示,一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽为L=0.50m。一根质量为m=0.50kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形。该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。ab棒的电阻为R=0.10Ω,其他各部分电阻均不计。开始时,磁感应强度

(1)若保持磁感应强度的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它做匀加速直线运动。此拉力F的大小随时间t变化关系如图2乙所示。求匀加速运动的加速度及ab棒与导轨间的滑动摩擦力。

(2)若从t=0开始,使磁感应强度的大小从B0开始使其以=0.20T/s的变化率均匀增加。求经过多长时间ab棒开始滑动?(ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等)

 

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科目:高中物理 来源:2012-2013学年浙江省金华一中高二12月月考物理试卷(带解析) 题型:计算题

如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为L="0.50" m.一根质量为m="0.50" kg的均匀金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节、竖直向上的匀强磁场中,ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为Fm="1.0" N,ab棒的电阻为R="0.10" Ω,其他各部分电阻均不计。开始时,磁感应强度B0="0.50" T。
(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感应强度的大小,使其以="0.20" T/s的变化率均匀增加,求经过多长时间ab棒开始滑动.此时通过ab棒的电流大小和方向如何?
(2)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a="4.0" m/s2的加速度匀加速运动,推导出此拉力FT的大小随时间t变化的函数表达式,并在图乙所示的坐标图上作出拉力FT随时间t变化的FT-t图线。

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