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不计电阻的光滑平行轨道EFG、PMN构成相互垂直的L型,磁感应强度为B的匀强磁场方向与水平的EFMP平面夹角θ(θ<45°)斜向上,金属棒ab、cd的质量均为m、长均为L、电阻均为R.ab、cd由细线通过角顶处的光滑定滑轮连接,细线质量不计,ab、cd与轨道正交,已知重力加速度为g.
(1)求金属棒的最大速度vmax
(2)当金属棒速度为v时,且v小于最大速度vmax时,求机械能损失的功率P1和电阻的发热功率P2
(1)金属棒达到最大速度vmax时,回路中的感应电动势为:E=BLvmaxcosθ-BLvmaxsinθ
回路中感应电流:I=
E
2R

当两棒均做匀速运动时,棒的速度达最大值,故有:
mg=BILcosθ-BILsinθ
联立得:vmax=
2mgR
B2L2(cosθ-sinθ)2

(2)当金属棒速度为v时,且v小于最大速度vmax时,机械能损失的功率P1等于电阻的发热功率P2,且均为:P1=P2=
E2
2R
=
B2L2v2(cosθ-sinθ)2
2R

答:(1)金属棒的最大速度vmax
2mgR
B2L2(cosθ-sinθ)2

(2)当金属棒速度为v时,且v小于最大速度vmax时,机械能损失的功率P1
B2L2v2(cosθ-sinθ)2
2R
,电阻的发热功率P2
B2L2v2(cosθ-sinθ)2
2R
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,MN和PQ是两根放在竖直面内且足够长的平行金属导轨,相距l=50cm.导轨处在垂直纸面向里的磁感应强度B=5T的匀强磁场中.一根电阻为r=0.1Ω的金属棒ab可紧贴导轨左右运动.两块平行的、相距d=10cm、长度L=20cm的水平放置的金属板A和C分别与两平行导轨相连接,图中跨接在两导轨间的电阻R=0.4Ω.其余电阻忽略不计.已知当金属棒ab不动时,质量m=10g、带电量q=-10-3C的小球以某一速度v0沿金属板A和C的中线射入板间,恰能射出金属板(g取10m/s2).求:
(1)小球的速度v0
(2)若使小球在金属板间不偏转,则金属棒ab的速度大小和方向;
(3)若要使小球能从金属板间射出,则金属棒ab匀速运动的速度应满足什么条件?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,MN右侧一正三角形匀强磁场区域,上边界与MN垂直.现有一与磁场边界完全相同的三角形导体框,垂直于MN匀速向右运动.导体框穿过磁场过程中感应电流随时间变化的图象可能是(取逆时针电流为正)(  )
A.B.C.D.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,空间存在水平垂直纸面向里的高度为a的有界匀强磁场,磁场边界水平,磁感应强度大小为B.一个边长为2a、质量为m的正方形线框ABCD,AB边电阻为R1,CD边电阻为R2,其它两边电阻不计,从距离磁场上边界某一高度处自由下落AB边恰能匀速通过磁场,则(  )
A.线框匀速运动的速度为
mg(R1+R2)
4B2α2
B.线框匀速运动时,AB边消耗的电功率为
m2g2R1
4B2α2
C.线框通过磁场的整个过程中,电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向
D.从开始到AB边刚好进入磁场的过程中,通过线框横截面的电荷量为
2
R1+R2

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示的异形导线框,匀速穿过一匀强磁场区,导线框中的感应电流i随时间t变化的图象是(设导线框中电流沿abcdef为正方向)(  )
A.B.C.D.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,间距L=1m的足够长的光滑平行金属导轨与水平面成30°角放置,导轨电阻不计,导轨上端连有R=0.8Ω的电阻,磁感应强度为B=1T的匀强磁场垂直导轨平面向上,t=0时刻有一质量m=1kg,电阻r=0.2Ω的金属棒,以v0=10m/s的初速度从导轨上某一位置PP'开始沿导轨向上滑行,金属棒垂直导轨且与导轨接触良好,与此同时对金属棒施加一个沿斜面向上且垂直于金属棒的外力F,使金属棒做加速度大小为2m/s2的匀减速直线运动,则:
(1)t=2s时,外力F的大小?
(2)若已知金属棒运动从开始运动到最高点的过程中,电阻R上产生的热量为100J,求此过程中外力F做的功?
(3)到最高点后,撤去外力F,经过足够长时间后,最终电阻R上消耗的热功率是多少?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示.电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻可不计质最为m的水平放置的导体棒,棒的两端分别与竖直放置的ab、cd框保持良好接触,又能沿框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S,则S闭合后(  )
A.导体棒ef的加速度一定大于g
B.导体棒ef的加速度一定小于g
C.导体棒ef最终速度跟S闭合的时刻无关
D.导体棒ef的机械能与回路内产生的内能之和一定守恒

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在磁感应强度为0.6T的匀强磁场中,长为0.5m、电阻为1Ω的导体棒ab放置在水平的光滑金属框上,如图所示.导体棒ab在外力作用下以10m/s的速度向右匀速滑动,已知电容C=2μF,电阻R1=5Ω,其余电阻忽略不计,求:
(1)ab棒哪端的电势高?ab棒中的电动势的大小?
(2)为使ab棒匀速运动,外力的大小及其机械功率?
(3)电容器的电量?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图,AB、CD是两根足够长的光滑固定平行金属导轨,两导轨间的距离为L,导轨平面与水平面的夹角为θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感应强度未知,在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻,一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab,(金属棒的阻值也为R)从静止开始沿导轨下滑,已知金属棒下滑过程中的最大速度为vm(导轨电阻不计).
(1)求该匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)若金属棒从静止开始下滑到金属棒达最大速度时金属棒沿斜面下滑的距离是d,求该过程中金属导轨与金属棒所形成的回路产生的热量Q.

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