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    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    精英家教网如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上，两导轨间距L=1m，导轨的电阻可忽略．M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量m=1kg、电阻r=0.2Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好．整套装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．自图示位置起，杆ab受到大小为F=0.5v+2（式中v为杆ab运动的速度，力F的单位为N）、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大．g取10m/s2，sin37°=0.6．
    （1）试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，并请写出推理过程；
    （2）求电阻R的阻值；
    （3）已知金属杆ab自静止开始下滑x=1m的过程中，电阻R上产生的焦耳热为Q1=0.8J，求该过程需要的时间t和拉力F做的功W．
    分析：（1）根据闭合电路欧姆定律得到通过电阻R的电流与速度的关系，根据通过电阻R的电流随时间均匀增大，分析速度如何变化，判断金属杆做何种运动．
    （2）根据牛顿第二定律得到加速度与速度的表达式，由于匀加速运动，加速度与速度无关，求出加速度的大小，再求解R．
    （3）由位移公式求出金属杆ab自静止开始下滑通过位移x=1m所需的时间t．电路中总的焦耳热为Q=
    R+r
    R
    Q1，根据能量守恒定律求解拉力F做的功W．
    解答：解：（1）通过R的电流I=
    E
    R+r
    =
    BLv
    R+r
    ，由题意，通过R的电流I随时间均匀增大，则知杆ab的速度v随时间均匀增大，杆的加速度为恒量，故金属杆做匀加速运动．     
    （2）杆所受的安培力大小为 FA=BIL=B
    BLv
    R+r
    L=
    B2L2v
    R+r

    对杆，根据牛顿第二定律有：F+mgsinθ-FA=ma，
    将F=0.5v+2代入得：2+mgsinθ+（0.5-
    B2L2
    R+r
    ）v=ma，
    因匀加速运动的加速度a与v无关，
    所以a=
    2+mgsinθ
    m
    =8m/s2，
    0.5-
    B2L2
    R+r
    =0，
    得R=0.3Ω      
    （3）由x=
    1
    2
    at2得，所需时间t=
    2x
    a
    =
    2×1
    8
    s=0.5s，此时ab杆的速度为v=at=4m/s                   
    电路中总的焦耳热为：Q=
    R+r
    R
    Q1=
    0.3+0.2
    0.3
    ×0.8J=
    4
    3
    J
    由能量守恒定律得：W+mgxsinθ=Q+
    1
    2
    mv2  
    解得：W=
    10
    3
    J≈3.3J        
    答：（1）金属杆做匀加速运动．
    （2）电阻R的阻值是0.3Ω．
    （3）该过程需要的时间t是0.5s，拉力F做的功W是3.3J．
    点评：本题首先根据电流与速度的关系，分析杆ab的运动情况，再根据牛顿第二定律推导出加速度与速度的表达式，根据匀加速运动加速度不变的特点，求出电阻，难度较大．
    练习册系列答案
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    如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面的夹角为θ，导轨的下端接有电阻．当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨平面，ab上升的最大高度为H；当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面，ab上升的最大高度为h．两次运动中导体棒ab始终与两导轨垂直且接触良好．关于上述情景，下列说法中正确的是（　　）

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    精英家教网如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为α=30°，导轨电阻不计，导轨处在垂直导轨平面斜向上的有界匀强磁场中．两根电阻都为R=2Ω、质量都为m=0.2kg的完全相同的细金属棒ab和cd垂直导轨并排靠紧的放置在导轨上，与磁场上边界距离为x=1.6m，有界匀强磁场宽度为3x=4.8m．先将金属棒ab由静止释放，金属棒ab刚进入磁场就恰好做匀速运动，此时立即由静止释放金属棒cd，金属棒cd在出磁场前已做匀速运动．两金属棒在下滑过程中与导轨接触始终良好（取重力加速度g=10m/s2）．求：
    （1）金属棒ab刚进入磁场时棒中电流I；
    （2）金属棒cd在磁场中运动的过程中通过回路某一截面的电量q；
    （3）两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q．

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    如图所示，两根足够长的固定平行金属导轨位于同一水平面内，导轨间的距离为L，导轨上横放着两根导体棒ab和cd．设两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，导轨光滑且电阻不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B．开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速，初速大小分别为v0和2v0，求：
    （1）从开始到最终稳定回路中产生的焦耳热．
    （2）当ab棒的速度大小变为
    v04
    ，回路中消耗的电功率的可能值．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°夹角固定放置，导轨间连接一阻值为6Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线m、n间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场．导体棒a的质量为ma=0.4kg，电阻Ra=3Ω；导体棒b的质量为mb=0.1kg，电阻Rb=6Ω；它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．a、b从开始相距L0=0.5m处同时将它们由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场（g取10m/s2，不计a、b之间电流的相互作用）．求：
    （1）当a、b分别穿越磁场的过程中，通过R的电荷量之比；
    （2）在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；
    （3）磁场区域沿导轨方向的宽度d为多大；
    （4）在整个过程中，产生的总焦耳热．

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    （2011?湖南模拟）如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为l=0.5m，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，整个导轨平面处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B=0.4T，方向垂直导轨平面，在导轨上垂直导轨放置两金属棒ab和cd，长度均为0 5m，cd棒的质量m=0.2kg、电阻R=0.2Ω，不计ab棒和金属导轨的电阻，两棒与金属导轨接触良好且可沿导轨自由滑动．现ab棒在外力作用下，始终以恒定速度v=1.5m/s沿着导轨向上滑动，cd棒则由静止释放，g取10m/s2．求：
    （1）刚释放cd棒时cd棒所受合力的大小和方向；
    （2）闭合回路中的最大电流和金属棒cd的最终速度．

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