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    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为，导轨平面与水平面的夹角=30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为 的金属棒 垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为、电阻为r=R．两金属导轨的上端连接一个灯泡，灯泡的电阻RL=R，重力加速度为g．现闭合开关S，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=mg的恒力，使金属棒由静止开始运动，当金属棒达到最大速度时，灯泡恰能达到它的额定功率．求：
    （1）金属棒能达到的最大速度vm；
    （2）灯泡的额定功率PL；
    （3）金属棒达到最大速度的一半时的加速度a；
    （4）若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑4L的过程中，金属棒上产生的电热Qr．
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    （1）金属棒匀速运动时速度最大，则有F=mgsinθ+F安
    又E=BLvm、I=
    E
    R+r
    =
    E
    2R
    、F安=BIL
    联立解得，vm=
    2(F-mgsinθ)
    B2L2
    =
    2mg(1-sinθ)
    B2L2

    （2）由上得 I=
    BLvm
    2R
    =
    mg(1-sinθ)
    BL

    灯泡的额定功率为P=I2R=
    m2g2(1-sinθ)2
    B2L2R

    （3）金属棒达到最大速度的一半时，速度为v=
    mg(1-sinθ)
    B2L2

    安培力为F安′=
    B2L2v
    2R

    根据牛顿第二定律得：F-mgsinθ-F安′=ma
    联立解得，a=
    F
    2m
    -
    1
    2
    gsinθ
    （4）根据能量守恒定律得：2QrQr+
    1
    2
    m
    v2m
    +mg?4Lsinθ=F?4L
    解得，QrQr=2FL-2mgLsinθ-2
    m3g2(1-sinθ)2
    B4L4

    答：
    （1）金属棒能达到的最大速度vm为
    2mg(1-sinθ)
    B2L2
    ．
    （2）灯泡的额定功率PL为
    m2g2(1-sinθ)2
    B2L2R
    ．
    （3）金属棒达到最大速度的一半时的加速度a为
    F
    2m
    -
    1
    2
    gsinθ．
    （4）金属棒由静止开始上滑4L的过程中，金属棒上产生的电热Qr为2FL-2mgLsinθ-2
    m3g2(1-sinθ)2
    B4L4
    ．
    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    科目：高中物理 来源： 题型：

    （2008?东城区三模）如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m，导轨平面与水平面夹角α=30°，导轨电阻不计．磁感应强度为B1=2T的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为L=1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m1=2kg、电阻为R1=1Ω．两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为d=0.5m，定值电阻为R2=3Ω，现闭合开关S并将金属棒由静止释放，重力加速度为g=10m/s2，导轨电阻忽略不计．试求：
    （1）金属棒下滑的最大速度为多大？
    （2）当金属棒下滑达到稳定状态时，在水平放置的平行金属板间电场强度是多大？
    （3）当金属棒下滑达到稳定状态时，在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场B2=3T，在下板的右端且非常靠近下板的位置有一质量为m2，带电量为q=-1×10-4C的质点以初速度v水平向左射入两板间，要使带电质点在复合场中恰好做匀速圆周运动并能从金属板间射出，初速度v应满足什么条件？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图所示，两足够长的平行金属导轨水平放置，间距为L，左端接有一阻值为R的电阻；所在空间分布有竖直向上，磁感应强度为B的匀强磁场．有两根导体棒c、d质量均为m，电阻均为R，相隔一定的距离垂直放置在导轨上与导轨紧密接触，它们与导轨间的动摩擦因数均为μ．现对c施加一水平向右的外力，使其从静止开始沿导轨以加速度a做匀加速直线运动．（已知导体棒c始终与导轨垂直、紧密接触，导体棒与导轨的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨的电阻忽略不计，重力加速度为g）
    （1）经多长时间，导体棒d开始滑动；
    （2）若在上述时间内，导体棒d上产生的热量为Q，则此时间内水平外力做的功为多少？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨相距为1m，导轨平面与水平面的夹角θ=37°，其上端接一阻值为3Ω的灯泡D．在虚线L1、L2间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场B，且磁感应强度B=1T，磁场区域的宽度为d=3.75m，导体棒a的质量ma=0.2kg、电阻Ra=3Ω；导体棒b的质量mb=0.1kg、电阻Rb=6Ω，它们分别从图中M、N处同时由静止开始沿导轨向下滑动，b恰能匀速穿过磁场区域，当b 刚穿出磁场时a正好进入磁场．不计a、b之间的作用，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：
    （1）b棒进入磁场时的速度？
    （2）当a棒进入磁场区域时，小灯泡的实际功率？
    （3）假设a 棒穿出磁场前已达到匀速运动状态，求a 棒通过磁场区域的过程中，回路所产生的总热量？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为d，导轨平面与水平面的夹角α=30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上．长为d的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R．两金属导轨的上端连接右侧电路，灯泡的电阻R1=3R，电阻箱电阻调到R′=6R，重力加速度为g．现闭合开关S，给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=mg的恒力，使金属棒由静止开始运动．
    （1）求金属棒达到最大速度的一半时的加速度．
    （2）若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大，求金属棒由静止开始上滑4L的过程中，金属棒上产生的电热．
    （3）若改变R′的阻值，当R′为何值时，在金属棒达到最大速度后，R′消耗的功率最大？消耗的最大功率为多少？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网如图所示，两足够长的直平行水平导轨相距L=1.0m，导轨左边连接阻值R=15Ω的电阻，导轨上放置着A、B两金属捧，A棒质量mA=0.75kg、电阻RA=10Ω，B棒质量mB=0.25kg、电阻RB=10Ω，两金属棒与导轨垂直，两棒靠得很近，之间用长为l=4.0m的绝缘轻绳相连，整个装置置于磁感应强度大小B=1.0T、方向竖直向下的匀强磁场中．从t=0开始对B棒施加水平向右的拉力F，使B棒由静止开始以a=2.0m/s2的加速度做匀加速运动，t=2.0s时撤去拉力F．已知A棒右边的导轨是光滑的，轻绳绷紧前A棒静止不动，轻绳绷紧后，两棒以相同速度运动直至停止．导轨电阻不计．求：
    （1）拉力F随时间t变化的关系式；
    （2）轻绳绷紧后，电阻R上产生的焦耳热．

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