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2.如圖所示(a)所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置,間距為L(zhǎng)=0.2m,N、Q兩端間接有電阻R0=0.2Ω,導(dǎo)體棒ef垂直放置在導(dǎo)軌上,接觸良好.導(dǎo)軌間等腰直角三角形區(qū)域abc內(nèi)有方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),ab垂直于導(dǎo)軌,且a在MN上,b在PQ上.導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì).
從t=0開始,三角形區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t變化規(guī)律如圖(b)所示,同一時(shí)刻,導(dǎo)體棒以速度v0=0.2m/s從左向右勻速運(yùn)動(dòng),4s后剛好進(jìn)入磁場(chǎng),進(jìn)入磁場(chǎng)后導(dǎo)體棒在外力F作用下保持速度大小不變做直線運(yùn)動(dòng).求:

(1)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)前,電阻R0產(chǎn)生的熱量;
(2)導(dǎo)體棒通過(guò)三角形區(qū)域abc過(guò)程中,外力F的最大值及導(dǎo)體棒中的電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系式.

分析 (1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),根據(jù)歐姆定律求解電流強(qiáng)度,根據(jù)焦耳定律計(jì)算產(chǎn)生的焦耳熱;
(2)根據(jù)E=BLv求解電動(dòng)勢(shì),根據(jù)安培力的計(jì)算公式和共點(diǎn)力的平衡條件求解外力F的最大值;求出在時(shí)間t時(shí)切割磁感線的長(zhǎng)度,根據(jù)e=B0lv0解得電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系.

解答 解:(1)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)前,閉合回路efR0中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定,設(shè)為E1,電流為I1,有感應(yīng)電流的時(shí)間t1=2s,三角形區(qū)域的面積為S,電阻R0產(chǎn)生的熱量為Q1,則
面積S=12L12L=14L2=0.01m2,
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E1=BtS=0.001V,
感應(yīng)電流:I1=E1R0=0.005A;                             
根據(jù)焦耳定律可得:Q1=I21R0t1
解得:Q1=1.0×10-5J;
(2)t0=4s,導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng),當(dāng)?shù)竭_(dá)位置ab時(shí),設(shè)電動(dòng)勢(shì)為E2,電流為I2,安培力最大為F2,外力F的最大值為Fm,則
E2=B0Lv0=8×10-3V,
電流:I2=E2R0=0.04A,
最大安培力F2=B0I2L=1.6×10-3N,
外力F的最大值為Fm=F2,
則F2=Fm=1.6×10-3N;
設(shè)導(dǎo)體棒通過(guò)三角形區(qū)域abc區(qū)域的時(shí)間為t0,設(shè)在時(shí)間t,切割磁感線的長(zhǎng)度為l,則t0=L2v0=0.5s
l=2v0(t-4)(4s≤t≤4.5s)      
則e=B0lv0,
解得電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系式為:e=0.016t-0.064 V (4s≤t≤4.5s).
答:(1)導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)前,電阻R0產(chǎn)生的熱量為1.0×10-5J;
(2)導(dǎo)體棒通過(guò)三角形區(qū)域abc過(guò)程中,外力F的最大值為1.6×10-3N;導(dǎo)體棒中的電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系式為e=0.016t-0.064 V (4s≤t≤4.5s).

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于電磁感應(yīng)問(wèn)題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,重點(diǎn)是分析安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問(wèn)題,根據(jù)平衡條件列出方程;另一條是能量,分析涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題,根據(jù)動(dòng)能定理、功能關(guān)系等列方程求解.

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:計(jì)算題

18.如圖所示為四旋翼無(wú)人機(jī),它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器,目前正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.一架質(zhì)量m=1kg的無(wú)人機(jī),其動(dòng)力系統(tǒng)所能提供的最大升力F=16N,無(wú)人機(jī)上升過(guò)程中最大速度為6m/s.若無(wú)人機(jī)從地面以最大升力豎直起飛,打到最大速度所用時(shí)間為3s,假設(shè)無(wú)人機(jī)豎直飛行時(shí)所受阻力大小不變.(g取10m/s2).求:
(1)無(wú)人機(jī)以最大升力起飛的加速度;
(2)無(wú)人機(jī)在豎直上升過(guò)程中所受阻力Ff的大��;
(3)無(wú)人機(jī)從地面起飛豎直上升至離地面h=30m的高空所需的最短時(shí)間.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

19.如圖所示,質(zhì)量M=4kg的空箱子,靜止放在光滑的水平面上,箱子中有一個(gè)質(zhì)量m=2kg的鐵塊,鐵塊與箱子的左端ab壁相距x=2m,它一旦與ab壁接觸后就不會(huì)再分開,鐵塊與箱底間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,現(xiàn)用水平向右的恒力F=10N作用于箱子,在2s末立即撤去作用力F,g=10m/s2,則:
(1)在2s內(nèi)箱子的加速度多大?
(2)最后,箱子與鐵塊的速度各為多大?(保留兩位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

16.如圖所示,質(zhì)量為2kg、上表面光滑的木板甲靜止在光滑水平面上,質(zhì)量為1kg可視為質(zhì)點(diǎn)的小物體丙放在木板甲右端,質(zhì)量為4kg的木板乙以5m/s的速度向左運(yùn)動(dòng),與木板甲碰撞以后小物體滑到木板乙上,木板甲獲得8m/s的速度,木板乙上表面與小物體的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,(g=10m/s2)求:
(1)小物體在木板乙上表面滑行多長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)木板乙靜止?
(2)要使小物體不從木板乙上滑落,木板乙至少要多長(zhǎng)?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

3.某同學(xué)利用電壓表和定值電阻測(cè)蓄電池電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.
(1)實(shí)驗(yàn)室有以下三個(gè)電壓表,需要將它們改裝成量程為6V的電壓表,以下措施正確的是C
A.將電壓表V1(0~1V,內(nèi)阻約為1kΩ)與5kΩ的定值電阻R串聯(lián)
B.將電壓表V2(0~2V,內(nèi)阻約為2kΩ)與4kΩ的定值電阻R串聯(lián)
C.將電壓表V3(0~3V,內(nèi)阻為3kΩ)與3kΩ的定值電阻R串聯(lián)
D.以上三項(xiàng)都可以
(2)利用(1)中改裝后的電壓表,測(cè)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,圖甲為實(shí)驗(yàn)電路圖,根據(jù)給出的電路圖,將圖乙的實(shí)物圖補(bǔ)充完整.
(3)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟:
A.選擇正確的實(shí)驗(yàn)儀器連接電路;
B.將開關(guān)S2閉合,開關(guān)S1斷開,測(cè)得電壓表的示數(shù)是U1;
C.再將開關(guān)S1閉合,測(cè)得電壓表的示數(shù)是U2;
D.?dāng)嚅_開關(guān)S2;
E.若改裝后的電壓表可視為理想電壓表,則電源的內(nèi)阻r=2U1U22U2U1R0(用字母U1、U2、R0表示);
(4)由于所用電壓表不是理想電壓表,所以測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏�。ㄌ睢按蟆被颉靶 保�

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

7.一交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示.求:
(1)當(dāng)t=100s時(shí),電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值;
(2)當(dāng)線圈第一次轉(zhuǎn)到什么位置時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為最大值的一半?
(3)已知線圈面積為16cm2,共25匝,那么勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

14.若一邊長(zhǎng)為a質(zhì)量為m木塊放在底面為正方形(邊長(zhǎng)為2a)的盛水足夠深的長(zhǎng)方體容器中,開始時(shí),木塊靜止,有一半沒(méi)入水中,水面距容器底的距離為2a,如圖所示,現(xiàn)用力F將木塊緩慢地壓到容器底部,不計(jì)摩擦,求這一過(guò)程中壓力做的功.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

11.如圖所示,光滑的水平地面上有一輛平板上,車上有一個(gè)人.原來(lái)車和人都靜止.當(dāng)人從左向右行走的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( �。�
A.人和車組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒B.人和車組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒
C.人行車行,人停車停D.人和車的速度方向相同

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

12.如圖所示,一位網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員擊出的網(wǎng)球沿虛線斜向上做減速直線飛行,則空氣對(duì)網(wǎng)球的作用力可能是( �。�
A.F1B.F2C.F3D.F4

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