精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
如图甲所示,水平面上有两电阻不计的光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5m,导轨左端通过导线与阻值为2Ω的电阻R连接,右端通过导线与阻值为4Ω的小灯泡L连接.在矩形区域CDFE内有竖直向上的匀强磁场,CE长为2m,CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化的关系如图乙所示,在t=0时,一阻值为2Ω的金属棒在水平恒力F作用下由静止开始从AB位置沿导轨向右运动,在金属棒从AB位置运动到EF位置的过程中,小灯泡的亮度没有发生变化,求:
(1)通过小灯泡的电流大小
(2)恒力F的大小
(3)4s末金属棒的速度大小
(4)金属棒的质量.
分析:(1)金属棒未进入磁场时,由法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小,由电路的性质可得出电阻,则可求得通过灯泡的电流;
(2)由题意可知金属棒应恰好匀速运动,由灯泡中的电流可求得电路中的总电流,由F=BIL可求得安培力,则可求得拉力;
(3)由欧姆定律求出感应电动势,然后由E=BLv的变形公式求出金属棒的速度.
(4)由欧姆定律可求得电路中的电动势,由E=BLv可求得导体棒的速度,则可求得匀加速运动过程的加速度,再由牛顿第二定律可求得质量;
解答:解:(1)金属棒未进入磁场时,
R=RL+
R
2
=4Ω+
2
=5Ω,
由法拉第电磁感应定律可得:
E1=
△Φ
△t
=
S△B
△t
=0.5×2×
2
4
=0.5V,
通过小灯泡的电流:IL=
E1
R
=
0.5
5
=0.1A;
(2)因灯泡亮度不变,故4s末金属棒恰好进入磁场且做匀速运动,
金属棒中的电流为:I=IL+IR=IL+
ILRL
R
=0.1+0.1×
4
2
=0.3A,
金属棒匀速运动,处于平衡状态,由平衡条件得:
恒力F=FB=BId=2×0.3×0.5=0.3N,
(3)4s后回路中的感应电动势为:
E2=I(R+
RRL
R+RL
)=0.3×(2+
2×4
2+4
)=1V,
因为E=BLv,则4s末金属棒的速度:
v=
E2
dB
=
1
2×0.5
=1m/s;
(4)由运动学公式v=v0+at可知,
前4s金属棒的加速度为:
a=
v-0
t
=
1-0
4
=0.25m/s2
故金属棒的质量:m=
F
a
=
0.3
0.25
=1.2kg;
答:(1)通过小灯泡的电流大小为0.1A;(2)恒力F的大小0.3N;(3)4s末金属棒的速度大小为1m/s.(4)金属棒的质量为1.2kg.
点评:本题考查的问题较多,但多为基础知识的应用,掌握好法拉第电磁感应定律、安培力、闭合电路的欧姆定律及电路的性质即可顺利求解.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

如图甲所示,水平面上两根足够长的光滑金属导轨平行固定放置,间距为L=0.5m,一端通过导线与阻值为R=0.5Ω的电阻连接;导轨上放一质量为m=0.5kg的金属杆,金属杆与导轨的电阻忽略不计;导轨所在位置有磁感应强度为B=1T的匀强磁场,磁场的方向垂直导轨平面向上,现在给金属杆施加一水平向右的恒定拉力F,并每隔0.2s测量一次导体棒的速度,乙图是根据所测数据描绘出导体棒的v-t图象.
求:(1)力F的大小;
(2)t=2s时导体棒的加速度;
(3)估算3.2s内电阻上产生的热量.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

(2013?威海模拟)如图甲所示,水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接.导轨上放一质量为m的金属杆,金属杆、导轨的电阻均忽略不计,匀强磁场垂直导轨平面向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时,相对应的匀速运动速度v也会变化,v和F的关系如图乙所示.下列说法正确的是(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

精英家教网如图甲所示,水平面上有一个多匝圆形线圈,通过导线与倾斜导轨上端相连,线圈内存在随时间均匀增大的匀强磁场,磁场沿竖直方向,其磁感应强度B1随时间变化图象如图乙所示.倾斜平行光滑金属导轨MN、M′N′相距l,导轨平面与水平面夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B2、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中;一导体棒PQ垂直于导轨放置,且始终保持静止.
已知导轨相距l=0.2m,θ=37°;线圈匝数n=50,面积S=0.03m2,线圈总电阻R1=0.2Ω;磁感应强度B2=5.0T;PQ棒质量m=0.5kg,电阻R2=0.4Ω,其余电阻不计,取g=10m/s2,sin37°=0.6,则
(1)求电路中的电流I;
(2)判断圆形线圈中的磁场方向(需简单说明理由),并求出磁感应强度B1的变化率k(k=
B1△t
).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

如图甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5m,电阻不计,左端通过导线与阻值R=2Ω的电阻连接,右端通过导线与阻值RL=4Ω的小灯泡L连接.在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,CE长l=2m,有一阻值r=2Ω的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处.CDEF区域内磁场的磁感应强度B随时间变化如图乙所示.在t=0至t=4s内,金属棒PQ保持静止,在t=4s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中,小灯泡的亮度没有发生变化,求:
(1)通过小灯泡的电流.
(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.
精英家教网

查看答案和解析>>

同步练习册答案