[题目]如图所示.竖直平面内两竖直放置的金属导轨间距为L1.导轨上端接有一电动势为E.内阻不计的电源.电源旁接有一特殊开关S.当金属棒切割磁感线时会自动断开.不切割时自动闭合,轨道内存在三个高度均为L2的矩形匀强磁场区域.磁感应强度大小均为B.方向如图.一质量为m的金属棒从ab位置由静止开始下落.到达cd位置前已经开始做匀速运动.棒通过cdfe区域的过程� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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【题目】如图所示，竖直平面内两竖直放置的金属导轨间距为L1，导轨上端接有一电动势为E、内阻不计的电源，电源旁接有一特殊开关S，当金属棒切割磁感线时会自动断开，不切割时自动闭合；轨道内存在三个高度均为L2的矩形匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向如图。一质量为m的金属棒从ab位置由静止开始下落，到达cd位置前已经开始做匀速运动，棒通过cdfe区域的过程中始终做匀速运动。已知定值电阻和金属棒的阻值均为R，其余电阻不计，整个过程中金属棒与导轨接触良好，重力加速度为g，求：

（1）金属棒匀速运动的速度大小；

（2）金属棒与金属导轨间的动摩擦因数μ；

（3）金属棒经过efgh区域时定值电阻R上产生的焦耳热。

【答案】（1）；（2）；（3）mgL2。

【解析】

（1）金属棒到达cd位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件结合安培力的计算公式求解；

（2）分析导体棒的受力情况，根据平衡条件结合摩擦力的计算公式求解；

（3）根据功能关系结合焦耳定律求解。

（1）金属棒到达cd位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件可得：mg=BIL1，
由于
解得：；
（2）由于金属棒切割磁感线时开关会自动断开，不切割时自动闭合，则在棒通过cdfe区域的过程中开关是闭合的，此时棒受到安培力方向垂直于轨道向里；
根据平衡条件可得：mg=μFA，
通过导体棒的电流I′= ，则FA=BI′L1，
解得μ= ；
（3）金属棒经过efgh区域时金属棒切割磁感线时开关自动断开，此时导体棒仍匀速运动；
根据功能关系可知产生的总的焦耳热等于克服安培力做的功，而W克=mgL2，
则Q总=mgL2，
定值电阻R上产生的焦耳热QR=Q总=mgL2。

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B. C点的电场强度最小但不等于零

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A. 该同学对扶梯的压力小于 Mgcos30°，方向垂直于斜面向下

B. 该同学对扶梯的摩擦力大小为（M＋m）gsin30°，方向沿斜面向下

C. 扶梯对该同学的摩擦力大小为（M＋m）gcos30°方向沿斜面向上

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（2）实验室提供的实验器材有：

A．电源E（4 V，内阻约0.4 Ω）

B．电压表V（2 V，内阻为2 kΩ）

C．电流表A（0.6 A，内阻约0.3 Ω）

D．滑动变阻器R（0~10 Ω）

E．三个定值电阻（R1=1 kΩ，R2=2 kΩ，R3=5 kΩ）

F．开关及导线若干

①小组同学们研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行了改装。在给定的定值电阻中选用______（选填“R1”“R2”或“R3”）与电压表______（选填“串联”或“并联”），完成改装。

②在图虚线框中画出正确的实验电路图（虚线框中已将部分电路画出，请补齐电路的其他部分）_____________。

（3）该实验小组按照正确的电路图和实验操作描绘出了小灯泡的伏安特性曲线如图所示。先将两个相同规格的小灯泡按如图所示电路连接，图中定值电阻阻值为R0=3 Ω，电源电动势E=4.5 V，内阻r=1.5 Ω，此时每个小灯泡消耗的电功率为________W。（结果保留2位有效数字，I表示通过每个小灯泡的电流）

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