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16.如圖所示,一對平行光滑軌道水平放置,軌道間距L=0.20m,電阻R=10Ω,有一質(zhì)量為m=1kg的金屬棒平放在軌道上,與兩軌道垂直,金屬棒及軌道的電阻皆可忽略不計,整個裝置處于垂直軌道平面豎直向下的勻強磁場中,磁感應強度B=5T,現(xiàn)用一拉力F沿軌道方向拉金屬棒,使之做勻加速運動,加速度a=1m/s2,試求:
(1)力F隨時間t的變化關系.
(2)F=3N時,電路消耗的電功率P.
(3)若金屬棒勻加速運動的時間為T時,拉力F達到最大值Fm=5N,此后保持拉力Fm=5N不變,求出時間T,并簡述在時間T前后,金屬棒的運動情況.

分析 (1)由法拉第電磁感應定律、閉合電路的歐姆定律和安培力的計算公式推導出安培力表達式,已知加速度,根據(jù)牛頓第二定律可得到F與t的關系式;
(2)當F=3N時,代入上式表達式,可得到時間t,由運動學公式求出速度v,電路消耗的電功率P與克服安培力做功的功率.由牛頓第二定律求出安培力,即可解出電路消耗的電功率P;
(3)根據(jù)安培力的表達式求解時間T,根據(jù)受力情況確定運動情況.

解答 解:(1)由E=BLv、I=ER、FA=BIL得安培力為:FA=B2L2vR
由牛頓第二定律得:F-B2L2vR=ma,
又v=at        
得:F=0.1t+1 (N);
(2)當F=3N時,t=20s,v=at=20m/s 
由F-FA=ma得:FA=F-ma       
電功率為:P=(F-ma )v=40W;
(3)根據(jù)F=0.1t+1可得:5=0.1T+1,所以T=40s.
40s前,金屬棒以加速度a=1m/s2做勻加速直線運動;
40s后,金屬棒做加速度逐漸減小、速度逐漸增大的變加速直線運動,直到速度達到
vm=50 m/s時,金屬棒的加速度減小到0,金屬棒做勻速直線運動.
答:(1)力F隨時間t的變化關系為F=0.1t+1 (N).
(2)F=3N時,電路消耗的電功率為40W.
(3)時間為40s;金屬棒線做勻加速直線運動,后做加速度逐漸減小、速度逐漸增大的變加速直線運動,最后做勻速直線運動.

點評 對于電磁感應問題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,重點是分析安培力作用下物體的平衡問題;另一條是能量,分析電磁感應現(xiàn)象中的能量如何轉(zhuǎn)化是關鍵.

練習冊系列答案
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6.下列說法正確的是( �。�
A.光具有波粒二象性.電子沒有波動性
B.查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應是94Be+42He→126C+10n
C.發(fā)生α衰變時,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2
D.用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動能大

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7.人在高處用望遠鏡注視地面的木工以每秒一次的頻率打擊鐵釘,他每次聽到聲音時,恰好看到錘都擊在釘子上,當木工停止擊釘后,他又聽到兩次擊釘聲,聲音在空氣中的傳播速度為340m/s,則(  )
A.木工離他340m
B.木工離他680m
C.他聽到第一次聲音時,看到木工第一次擊在釘子上
D.他聽到第一次聲音時,看到木工第四次擊在釘子上

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

4.如圖所示,在xOy平面內(nèi)有一半徑為r的圓形磁場區(qū)域,其內(nèi)分布著磁感應強度為B方向垂直紙面向里的勻強磁場,圓形區(qū)域邊界上放有圓形的感光膠片,粒子打在其上會感光.在磁場邊界與x軸交點A處有一放射源A,發(fā)出質(zhì)量為m,電量為q的粒子沿垂直磁場方向進入磁場,其方向分布在由AB和AC所夾角度內(nèi),B和C為磁區(qū)邊界與y軸的兩個交點.經(jīng)過足夠長的時間,結果光斑全部落在第Ⅱ象限的感光膠片上,則這些粒子中速度最大的是( �。�
A.v=2Bqr2mB.v=BqrmC.v=2BqrmD.v=2+2Bqrm

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11.如圖所示的光滑水平面上,水平條形區(qū)域I和II內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強磁場,其寬度均為s,區(qū)域I和II之間有一寬度為L=3s的無磁場區(qū)域,一質(zhì)量為m、邊長為s的正方形線框在水平恒定外力作用下從距區(qū)域I左邊界s處由靜止開始做勻加速直線運動,假設線框能勻速地通過磁場區(qū)域I和II,則下列說法正確的是(  )
A.線框通過區(qū)域I和區(qū)域II時的速度大小之比為1:3
B.區(qū)域I與區(qū)域II內(nèi)磁場的磁感應強度大小之比3:1
C.線框通過區(qū)域I和區(qū)域II過程產(chǎn)生的熱量相等
D.線框右邊通過區(qū)域I和區(qū)域II過程通過線框某一橫截面積的電荷量相等

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

1.如圖所示,長L=4m的粗糙水平直軌道AB與半徑R=0.8m的光滑14圓弧軌道BC相連,B為圓弧的最低點,C為14圓弧處,質(zhì)量m1=1kg的物體靜止在A點,m1與水平軌道的動摩擦因數(shù)μ=0.2,質(zhì)量m2=2kg的物體靜止在B點,A、B均視為質(zhì)點,現(xiàn)用與水平方向成θ=37°的恒力F拉m1開始向右運動,運動x1=2.5m后撤去恒力F,m1運動到B處于m2碰撞(碰撞極短時間忽略不計),碰后m1反彈,向左滑行x2=0.25m后靜止,m2到C點時對圓弧的作用力恰好等于零,g=10m/s2,求:
(1)m1與m2碰撞過程中損失的機械能;
(2)恒力F的大�。ㄓ嬎憬Y果保留三位有效數(shù)字).

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8.如圖甲所示,質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的跨接桿ab可以無摩擦地沿水平固定導軌滑行,導軌足夠長,兩導軌間寬度L=1m,導軌電阻不計,電阻R1=R2=2Ω,裝置處于豎直向下的勻強磁場中,磁感應強度為B=1T.桿從x軸原點O以水平初速度向右滑行,直到停止.已知桿在整個運動過程中v隨位移x變化的關系如圖乙所示.求:
(1)桿的整個運動過程中,電阻R1上產(chǎn)生的熱量;
(2)當電阻R1產(chǎn)生的熱量達到2J時,桿此時的加速度大��;
(3)桿在整個運動過程中,通過電阻R1的電量.

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5.在2016年2月舉行的跳水世界杯比賽中,我國運動員取得了很好的成績,在跳板比賽中,若把某運動圓看做質(zhì)點,在t=0時刻離開跳板向上跳起,其離開跳板后的速度與時間關系如圖所示,規(guī)定豎直向下為正方向,關于運動員的運動情況下列說法正確的是( �。�
A.t1時刻到達最高點
B.t2時刻速度方向改變
C.t3時刻已浮出水面
D.t1-t3時刻內(nèi)圖象與t軸圍成的面積表示入水深度

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6.傾斜的傳送帶上有一工件始終與傳送帶保持相對靜止,如圖所示,則( �。�
A.當傳送帶向上勻速運行時,物體克服重力和摩擦力做功
B.當傳送帶向上勻減速運行時,摩擦力對物體一定做正功
C.當傳送帶向上勻加速運行時,摩擦力對物體做正功
D.不論傳送帶向什么方向運行,摩擦力對物體都做負功

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