(2008?福建模擬)如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置,間距為L(zhǎng),與水平面成θ角,導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連,且R1=R2=R.R1支路串聯(lián)開(kāi)關(guān)S,原來(lái)S閉合,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面斜向上.有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,接觸面粗糙且始終接觸良好,導(dǎo)體棒的有效電阻也為R.現(xiàn)讓導(dǎo)體棒從靜止釋放沿導(dǎo)軌下滑,當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)速率為υ,此時(shí)整個(gè)電路消耗的電功率為重力功率的
34
.重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計(jì).試求:
(1)在上述穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體棒中的電流I,以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大;
(2)當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s后,導(dǎo)體棒ab所能達(dá)到的最大速率υ′是υ的多少倍?
分析:(1)當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)速率為V,重力功率為mgVsinθ.畫出等效電路根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,歐姆定律以及功率公式得到回路的總電功率
P,根據(jù)電功率為重力功率的
3
4
,列式求磁感應(yīng)強(qiáng)度B.并求出通過(guò)ab棒的電流I;
(2)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后,重新根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律求出感應(yīng)電流,導(dǎo)體棒有最大速度時(shí)受力平衡.
解答:解:(1)當(dāng)導(dǎo)體棒以速率υ勻速下滑時(shí)
電路中的總電阻為:R=
3R
2
…①
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:E=BLυ…②
導(dǎo)體棒中的電流為:I=
E
R
…③
總電功率為:P=I2R…④
重力功率為:P=mgυ?sinθ…⑤
根據(jù)題意有:P=
3
4
P
…⑥
由①②③④⑤⑥解得:I=
mgυ?sinθ
2R
…⑦
B=
3
2L
mgυ?sinθ
…⑧
(2)由S斷開(kāi)前的情況可知:
1
4
mgυ?sinθ=μmgυ?cosθ
…⑨
S斷開(kāi)后,當(dāng)導(dǎo)體棒以速率υ′勻速下滑時(shí)
總電阻為:
R
=2R

導(dǎo)體棒中的電流為:I=
BLυ
R
(11)
由導(dǎo)體棒受力平衡有:mgsinθ=μmgcosθ+BI′L…(12)
由⑧⑨⑩(11)(12)求得:
v′
v
=
4
3

答:(1)在上述穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體棒中的電流I大小為
mgvsinθ
2R
,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為
3
2L
mgvsinθ
2R

(2)當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s后,導(dǎo)體棒ab所能達(dá)到的最大速率υ′是υ的
4
3
倍.
點(diǎn)評(píng):解答本題關(guān)鍵是通過(guò)分析功率關(guān)系,求出磁感應(yīng)強(qiáng)度和摩擦力,是電磁感應(yīng)與電路結(jié)合的題目,明確電路的結(jié)構(gòu)解決問(wèn)題
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?福建模擬)“嫦娥二號(hào)”已于2010年10月1日發(fā)射,其環(huán)月飛行的高度距離月球表面100km,所探測(cè)到的有關(guān)月球的數(shù)據(jù)將比環(huán)月飛行高度為200km的“嫦娥一號(hào)”更加翔實(shí).若兩顆衛(wèi)星環(huán)月的運(yùn)行均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)行軌道如圖所示.則(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?福建模擬)滑板運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)陸地上的“沖浪運(yùn)動(dòng)”滑板運(yùn)動(dòng)員可在不同的滑坡上滑行,做出各種動(dòng)作,給人以美的享受.如圖甲所示,abcdef為同一豎直平面上依次平滑連接的滑行軌道,其中ab段水平,H=3m,bc段和cd段均為斜直軌道,傾角θ=370,de段是一半徑R=2.5m的四分之一圓弧軌道,0點(diǎn)為圓心,其正上方的d點(diǎn)為圓弧的最高點(diǎn).滑板及運(yùn)動(dòng)員的總質(zhì)量m=60kg,運(yùn)動(dòng)員滑經(jīng)d點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)滑板支持力用Nd表示.忽略摩擦阻力和空氣阻力,取g=10m/s2,sin 37°=0.6,eos 37°=0.8.除下述問(wèn)題(3)中運(yùn)動(dòng)員做緩沖動(dòng)作以外,均可把滑板及運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn).
(1)若運(yùn)動(dòng)員從bc 段緊靠b處無(wú)初速度滑下,求Nd的大小.
(2)運(yùn)動(dòng)員逐漸減小從bc上無(wú)初速度下滑時(shí)距水平地面的高度h,請(qǐng)?jiān)趫D乙的坐標(biāo)系中作出Nd-h圖象(只根據(jù)作出的圖象評(píng)分,不要求寫出計(jì)算過(guò)程和作圖依據(jù)).
(3)運(yùn)動(dòng)員改為從b點(diǎn)以v0=4m/s的速度水平滑出,落在bc上時(shí)通過(guò)短暫的緩沖動(dòng)作使他沿斜面方向繼續(xù)滑行,則他是否會(huì)從d點(diǎn)滑離軌道?請(qǐng)通過(guò)計(jì)算得出結(jié)論.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?福建模擬)美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GPS)由24顆衛(wèi)星組成,衛(wèi)星分布在等分地球的6個(gè)軌道平面上,每個(gè)軌道上又分布有4顆衛(wèi)星,這些衛(wèi)星距地面的高度均為20000km.我國(guó)自行建立的“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三顆衛(wèi)星組成,三顆衛(wèi)星都定位在距地面36000km的地球同步軌道上.比較這些衛(wèi)星,下列說(shuō)法中正確的是(  )

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?福建模擬)如圖所示,在NOQ范圍內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I,在MOQ范圍內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅱ,M、O、N在一條直線上,∠MOQ=60°,這兩個(gè)區(qū)域磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.離子源中的離子帶電荷量為+q,質(zhì)量為m,通過(guò)小孔O1進(jìn)入兩板間電壓為U的加速電場(chǎng)區(qū)域(可認(rèn)為初速度為零),離子經(jīng)電場(chǎng)加速后由小孔O2射出,再?gòu)腛點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域I,此時(shí)速度方向沿紙面垂直于磁場(chǎng)邊界MN不計(jì)離子的重力.
(1)若加速電場(chǎng)兩板間電壓U=U0,求離子進(jìn)入磁場(chǎng)后做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R0
(2)在OQ上有一點(diǎn)P,P點(diǎn)到O點(diǎn)距離為若離子能通過(guò)P點(diǎn),求加速電壓U和從O點(diǎn)到P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

(2008?福建模擬)兩滑桿上分別套A、B兩圓環(huán),兩環(huán)上分別用細(xì)線懸吊著兩物體C、D,如圖所示,當(dāng)它們都沿滑桿向下滑動(dòng)時(shí),A的懸線始終與桿垂直,B的懸線始終豎直向下.則(  )

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案