精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
10.如图所示,一对足够长平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距为L,左侧接两个阻值为R、额定功率为P的相同灯泡甲和乙,其中乙灯泡处于断开状态.有一质量为m、电阻为r的金属棒静止且两轨道垂直地放在轨道上,轨道的电阻忽略不计.整个装置处于垂直轨道平面竖直向下的匀强磁场中.现用一恒定的外力沿轨道方向拉金属棒,最终甲灯泡刚好正常发光,请回答如下问题:
(1)简述金属棒做什么运动?
(2)最终金属棒运动的速度是多少?
(3)在甲灯泡正常发光后,闭合开关K,则在闭合K的瞬间金属棒的加速度是什么?
(4)在甲灯泡正常发光后,闭合开关K,再经过足够长的时间,灯泡甲的电功率为多大?

分析 (1)甲灯泡刚好正常发光,说明通过甲灯的电流不变,根据欧姆定律和E=BLv分析金属棒的运动情况.
(2)根据甲灯的功率求得电流,再由欧姆定律、法拉第定律列式求解速度.
(3)在甲灯泡正常发光后,闭合开关K,两灯并联,由E=BLv、欧姆定律及安培力公式F=BIL求出金属棒所受的安培力,再由牛顿第二定律求加速度.
(4)再经过足够长的时间,金属棒又做匀速直线运动,根据平衡条件求得电路中电流,再求灯泡甲的电功率.

解答 解:(1)甲灯泡刚好正常发光,说明通过甲灯的感应电流不变,根据欧姆定律得 I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{BLv}{R+r}$
可知,金属棒的速度不变,做匀速直线运动.
(2)由P=I2R得 I=$\sqrt{\frac{P}{R}}$
又 I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{BLv}{R+r}$
联立解得 v=$\frac{R+r}{BL}$$\sqrt{\frac{P}{R}}$
(3)在甲灯泡正常发光后,闭合开关K,两灯并联,此时金属棒产生的感应电动势为 E=BLv=(R+r)$\sqrt{\frac{P}{R}}$
电路中感应电流为 I′=$\frac{E}{\frac{R}{2}+r}$
根据牛顿第二定律得 F-BI′L=ma
又 F=BIL
解得 a=-$\frac{BL\sqrt{PR}}{m(R+2r)}$,负号表示加速度方向向左
(4)再经过足够长的时间,金属棒又做匀速直线运动,根据平衡条件得:
    F=BI″L
可得,I″=I=$\sqrt{\frac{P}{R}}$
所以灯泡甲的电功率为 P=$(\frac{I″}{2})^{2}$R=$\frac{1}{4}$P
答:
(1)金属棒做匀速直线运动.
(2)最终金属棒运动的速度是$\frac{R+r}{BL}$$\sqrt{\frac{P}{R}}$.
(3)在闭合K的瞬间金属棒的加速度是$\frac{BL\sqrt{PR}}{m(R+2r)}$,加速度方向向左.
(4)再经过足够长的时间,灯泡甲的电功率为$\frac{1}{4}$P.

点评 解决本题的关键要搞清金属棒的受力情况,推导出安培力与速度的关系,运用力学的方法解决电磁感应问题.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:实验题

20.用图甲所示的装置做“探究加速度与质量的关系”的实验

(1)为了减小长木板对小车摩擦力的影响,必须在长木板远离(填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一块木板的位置,反复移动木板的位置,直至小车未挂砂桶时在长木板上做匀速直线运动
(2)保持小车受力不变,测量不同质量的小车在这个力作用下的加速度,某次实验中打出如图乙所示的纸带(打点计时器所接电源的频率为50Hz),这个加速度的大小a=0.80m/s2(结果保留两位有效数字
(3)某同学吧实验得到的几组数据画成图丙所示的a-m图象,为了更直观地描述小车的加速度与其质量的关系,请你根据他的图象选择合适的标度在图丁中画出a-$\frac{1}{m}$图象.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

1.质量为mB=3kg的小车B停放在足够长的光滑水平面上,质量为mA小车从光滑的曲面上高h=20cm处由静止释放,运动到水平面上与小车B发生弹性碰撞,曲面与水平面平滑连接,g取10m/s2,试求:
(1)小车A与小车B碰撞前小车A的速度,
(2)若要求小车A与小车B碰撞后小车A能返回曲面,mA应满足的条件,
(3)在(2)的条件下,若要求小车A与小车B不发生二次碰撞,mA应满足的条件.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

18.关于曲线运动,以下说法中正确的是(  )
A.物体的速度方向一定在改变
B.物体的速度大小一定在改变
C.物体的加速度方向一定在改变
D.物体在恒力作用下不可能做曲线运动

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

5.图甲为商场里阶梯电梯,图乙为斜面电梯,设两电梯中各站一个质量相同的乘客随电梯匀速上行,则(  )
A.图甲乘客不受摩擦力
B.图乙乘客所受摩擦力沿电梯面向下
C.两图中电梯对乘客的作用力方向相同
D.两图中电梯对乘客的作用力大小相等

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

15.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电压表V1、V2、V3为理想电压表,R1、R3为定值电阻,R2为热敏电阻(其阻值随温度增高而减小),C为电容器,闭合开关S,电容器C中的微粒A恰好静止.当室温从25℃升高到35℃的过程中,流过电源的电流变化量是△I,三只电压表的示数变化量是△U1、△U2和△U3.则在此过程中(  )
A.V2示数减小B.微粒A向上加速运动
C.Q点电势降低D.$\frac{△{U}_{2}}{△I}$>$\frac{△{U}_{3}}{△I}$

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

2.下面所列出的物理量中,属于矢量的是(  )
A.路程B.位移C.时间D.加速度

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

19.下列有关热学现象和规律的描述中正确的是(  )
A.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大
B.布朗运动就是液体分子或者气体分子的热运动
C.一定质量的理想气体,当它的压强、体积都增大时,其内能一定增大
D.第二类永动机不可能制造成功的原因是因为违背了能量守恒定律
E.用活塞压缩气缸里的气体,对气体做了2.0×105J的功,若气体向外界放出1.5×105J的热量,则气体的内能增加了5×104J

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

8.如图自然长度为L0,劲度系数为k的轻弹簧,其一端固定于倾角为60°的光滑斜面体的顶端P处,另一端栓一质量为m的小球.
(1)当斜面体以多大的加速度向左加速运动时,球对斜面的压力刚好为零?
(2)设L0=10cm,劲度系数k=100N/m,质量m=1kg,g=10m/s2,当斜面体以a=$\sqrt{3}$g的加速度向左加速运动时,轻弹簧的长度为多少?

查看答案和解析>>

同步练习册答案