(16分)
如图10所示,宽度、足够长的平行此滑金属导轨固定在位于竖直平面内的绝缘板上,导轨所在空间存在磁感应强度B=0.50T的匀强磁场,磁场方向跟导轨所在平面垂直。一根导体棒MN两端套在导轨上与导轨接触良好,且可自由滑动,导体棒的电阻值R=l.5Ω,其他电阻均可忽略不计。电源电动势E=3.0V,内阻可忽略不计,重力加速度g取10m/s2。当S1闭合,S2断开时,导体棒恰好静止不动。
(1)求S1闭合,S2断开时,导体棒所受安培力的大小;
(2)将S1断开,S2闭合,使导体棒由静止开始运动,求当导体棒的加速度=5.0m/s2时,导体棒产生感应电动势的大小;
(3)将S1断开,S2闭合,使导体棒由静止开始运动,求导体棒运动的最大速度的大小。
(1)0.20N
(2)1.5V
(3)30m/s
【解析】
(1)当S1闭合,S2断开时,
导体棒静止,通过导体棒的电流
A ………………………2分
此时导体棒所受安培力 F1=BI1L=0.20N……2分
(2)当S1闭合,S2断开时,导体棒静止,
有G=F1=0.20N…………………………………2分
设S1断开,S2闭合的情况下,导体棒加速度a=5.0m/s2时,其所受安培力为F2,速度为v1,通过导体棒的电流为I2,导体棒产生的感应电动势为E1。
根据牛顿第二定律有G-F2=ma,解得F2=0.10N…………………2分
由F2=BI2L,解得I2=1.0A…………………………………2分
根据欧姆定律有E1= I2R,解得E1=1.5V……………………2分
(3)将S1断开,S2闭合,导体棒由静止开始运动,当导体棒所受重力与安培力平衡时,导体棒的速度达到最大,设最大速度为vm。……………2分
所以有,解得m/s……………2分
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弹簧劲度系数 | k | 2k | 3k | 4k | 5k | 6k |
V (m/s) | 0.71 | 1.00 | 1.22 | 1.41 | 1.58 | 1.73 |
V2 (m2/s2) | 0.50 | 1.00 | 1.49 | 1.99 | 2.49 | 2.99 |
V3 (m3/s3) | 0.36 | 1.00 | 1.82 | 2.80 | 3.94 | 5.18 |
U/V | 2.0 | 3.8 | 6.8 | 8.0 | 10.2 | 11.6 |
I/mA | 0.73 | 1.36 | 2.20 | 2.89 | 3.66 | 4.15 |
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科目:高中物理 来源: 题型:
如图10所示,在光滑水平面上有一长为L1、宽为L2的单匝矩形闭合导体线框abcd,处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中,其ab边与磁场的边界重合。线框由同种粗细均匀的导线制成,它的总电阻为R。现将用垂直于线框ab边的水平拉力,将线框以速度v向右沿水平方向匀速拉出磁场,此过程中保持线框平面与磁感线垂直,且ab边与磁场边界平行。求线框被拉出磁场的过程中:
(1)通过线框的电流;
(2)线框中产生的焦耳热;
(3)线框中a、b两点间的电压大小。
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