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(A)两根足够长的光滑的平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L,电阻不计,上端接有如图所示的电路,电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C.有一个质量为m、长度为L、电阻同也为R的导体棒ab,水平跨接在两金属导轨上,与导轨接触良好且可无摩擦地滑动.空间存在着垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.导体棒在竖直向上的拉力作用下,以速度v匀速向上运动,已知重力加速度为g,不计空气的阻力.求:
(1)拉力F的大小;
(2)在ab向上运动距离为h的过程中整个回路中产生的焦耳热Q;
(3)电容器左右两板那一板带正电,所带的电荷量q为多少?
解.(1)导体棒以速度v匀速向上运动受到的重力、安培力和拉力的合力为0,即
F-mg-FA=0
又:FA=BIL
I=
E
R
=
BLv
4R

所以:F=mg+
B2L2v
4R

(2)ab向上运动距离为h的过程中,
Q=I2Rt
t=
h
v

所以:Q=
B2L2vh
4R

(3)根据右手定则可以判定出流过导体棒的电流从右向左,故电容器的左板带正电荷.
UC=
R
4R
?E=
BLv
4

q=C?UC=
CBLv
4

答:(1)拉力F的大小F=mg+
B2L2v
4R

(2)整个回路中产生的焦耳热QQ=
B2L2vh
4R

(3)左板带正电,带电量:q=
CBLv
4
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,边长为L、不可形变的正方形导体框内有半径为r的圆形区域内有匀强磁场,其磁感应强度B随时间t的变化关系为B=kt(常量k>0).回路中滑动变阻器R的滑动片P位于滑动变阻器中央,不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势,闭合开关S后,则(  )
A.电容器b板电势高于a板电势
B.只增加R2的阻值,可以使电容器中带电量减小
C.因为电压表被导体框短路,所以电压表示数为零
D.因为正方形导体框在磁场外,所以电路中没有感应电流

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科目:高中物理 来源:不详 题型:填空题

如图,电容器PQ的电容为10μF,垂直于回路的磁场的磁感应强度5×10-3T/s的变化率均匀增加,回路面积为10-2m2.则PQ两极电势差的绝对值为______V.P极所带电荷的种类为______.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,两条平行的光滑水平导轨上,用套环连着一质量为0.2kg、电阻为2Ω的导体杆ab,导轨间匀强磁场的方向垂直纸面向里.已知R1=3Ω,R2=6Ω,电压表的量程为0~10V,电流表的量程为0~3A(导轨的电阻不计).求:
(1)将R调到30Ω时,用垂直于杆ab的力F=40N,使杆ab沿着导轨向右移动且达到最大速度时,两表中有一表的示数恰好满量程,另一表又能安全使用,则杆ab的速度多大?
(2)将R调到3Ω时,欲使杆ab运动达到稳定状态时,两表中有一表的示数恰好满量程,另一表又能安全使用,则拉力应为多大?
(3)在第(1)小题的条件下,当杆ab运动达到最大速度时突然撤去拉力,则电阻R1上还能产生多少热量?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,竖直面内的正方形导线框ABCD、abcd的边长均为l、电阻均为R,质量分别为2m和m,它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端,在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度大小为B、方向垂直竖直面向里的匀强磁场.开始时ABCD的下边与匀强磁场的上边界重合,abcd的上边到匀强磁场的下边界的距离为l.现将系统由静止释放,当ABCD刚全部进入磁场时,系统开始做匀速运动.不计摩擦和空气阻力,求:
(1)系统匀速运动的速度大小.
(2)两线框从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热.
(3)线框abcd通过磁场的时间.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

足够长的平行金属导轨MN和PK表面粗糙,与水平面之间的夹角为α,间距为L.垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度为B,MP间接有阻值为R的电阻,质量为m的金属杆ab垂直导轨放置,其他电阻不计.如图所示,用恒力F沿导轨平面向下拉金属杆ab,使金属杆由静止开始运动,杆运动的最大速度为vm,ts末金属杆的速度为v1,前ts内金属杆的位移为x,(重力加速度为g)求:
(1)金属杆速度为v1时加速度的大小;
(2)整个系统在前ts内产生的热量.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,金属导轨是由倾斜和水平两部分圆滑相接而成,倾斜部分与水平夹角θ=37°,导轨电阻不计.abcd矩形区域内有垂直导轨平面的匀强磁场,bc=ad=s=0.20m.导轨上端搁有垂直于导轨的两根相同金属杆P1、P2,且P1位于ab与P2的中间位置,两杆电阻均为R,它们与导轨的动摩擦因数μ=0.30,P1杆离水平轨道的高度h=0.60m,现使杆P2不动,让P1杆静止起滑下,杆进入磁场时恰能做匀速运动,最后P1杆停在AA′位置.
求:(1)P1杆在水平轨道上滑动的距离x;
(2)P1杆停止后,再释放P2杆,为使P2杆进入磁场时也做匀速运动,事先要把磁场的磁感应强度大小调为原来的多少倍?
(3)若将磁感应强度B调为原来3倍,再释放P2,问P2杆是否有可能与P1杆不碰撞?为什么?

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如图甲所示,一正方形单匝线框abcd放在光滑绝缘水平面上,线框边长为L、质量为m、电阻为R,该处空间存在一方向垂直纸面向里的匀强磁场,其右边界MN平行于ab,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,已知
t0
时刻B=
B0
.问:
(1)若线框保持静止,则在时间
t0
内产生的焦耳热为多少?
(2)若线框从零时刻起,在一水平拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,经过时间
t0
线框cd边刚要离开边界MN,则在此过程中拉力做的功为多少?(设线框中产生的感应电流大小为I)
王怡同学解法:由匀加速直线运动规律,经过时间
t0
线框的位移为s=
1
2
a
t20
;由牛顿第二定律:F-
B0
IL=ma;所以W=Fs=
1
2
m
a2
t20
+
1
2
B0
ILa
t20
.你认为王怡同学的解法是否正确,若不正确,请你写出正确的解法.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在水平桌面上放置的足够长的平行金属导轨间串联了一个电容为C、充电后电荷量为Q0的电容器,两导轨间的距离为L;现将一质量为m的裸导体棒ab放在导轨上,方向与导轨垂直,整个装置处在竖直方向的匀强磁场中,磁感应强度为B;当闭合开关S后,导体棒ab将向右运动.若导体棒与导轨接触良好,忽略一切摩擦,则关于磁场方向以及闭合开关S后发生的现象,下列说法正确的是(  )
A.磁场方向竖直向上
B.电容器的电荷量将逐渐减少,直到不带电
C.导体棒ab先做匀加速运动,然后做匀减速运动,直到静止不动
D.导体棒ab先做变加速运动,然后做匀速运动

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