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    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情

    如图所示，两根足够长、电阻不计、间距为d的光滑平行金属导轨，其所在平面与水平面的夹角为θ，导轨平面内的矩形区域abcd内存在有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面向上，ab与cd之间相距为L，金属杆甲、乙的阻值相同，质量均为m，甲杆在磁场区域的上边界ab处，乙杆在甲杆上方与甲相距L处，甲、乙两杆都与导轨垂直．静止释放两杆的同时，在甲杆上施加一个垂直于杆平行于导轨的外力F，使甲杆在有磁场的矩形区域内向下做匀加速直线运动，加速度大小为a＝2gsin θ，甲离开磁场时撤去F，乙杆进入磁场后恰好做匀速运动，然后离开磁场．

    (1)求每根金属杆的电阻R.

    (2)从释放金属杆开始计时，求外力F随时间t变化的关系式，并说明F的方向．

    (3)若整个过程中，乙金属杆共产生热量Q，求外力F对甲金属杆做的功W.

     

    【答案】

    (1)

    (2)mgsin θ＋mgsin θ·t(0≤t≤)，方向垂直于杆且平行于导轨向下

    (3)W＝2Q

    【解析】(1)设甲在磁场区域abcd内运动的时间为t1，乙从释放到运动至ab位置的时间为t2，则L＝·2gsin θ·t，

    L＝gsin θ·t

    所以t1＝，t2＝

    因t1＜t2，所以甲离开磁场时，乙还没有进入磁场

    设乙进入磁场时的速度为v1，乙中的感应电动势为E1，回路中的电流为I1，则有

    mv＝mgLsin θ，E1＝Bdv1，I1＝，mgsin θ＝BI1d

    联立解得R＝.

    (2)从释放金属杆开始计时，设经过时间t，甲的速度为v，甲中的感应电动势为E，回路中的电流为I，则v＝at，E＝Bdv，I＝，F＋mgsin θ－BId＝ma

    联立解得F＝mgsin θ＋mgsin θ·t(0≤t≤)

    方向垂直于杆且平行于导轨向下．

    (3)甲在磁场中运动过程中，乙没有进入磁场，设甲离开磁场时速度为v0，甲、乙产生的热量相同，设为Q1，则v＝2aL

    由功能关系知W＋mgLsin θ＝2Q1＋mv

    解得W＝2Q1＋mgLsin θ

    乙在磁场中运动过程中，甲、乙产生相同的热量，设为Q2，则2Q2＝mgLsin θ

    根据题意有Q＝Q1＋Q2

    联立解得W＝2Q.

     

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    如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面的夹角为θ，导轨的下端接有电阻．当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨平面，ab上升的最大高度为H；当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面，ab上升的最大高度为h．两次运动中导体棒ab始终与两导轨垂直且接触良好．关于上述情景，下列说法中正确的是（　　）

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    （1）金属棒ab刚进入磁场时棒中电流I；
    （2）金属棒cd在磁场中运动的过程中通过回路某一截面的电量q；
    （3）两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图所示，两根足够长的固定平行金属导轨位于同一水平面内，导轨间的距离为L，导轨上横放着两根导体棒ab和cd．设两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，导轨光滑且电阻不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B．开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速，初速大小分别为v0和2v0，求：
    （1）从开始到最终稳定回路中产生的焦耳热．
    （2）当ab棒的速度大小变为
    v04
    ，回路中消耗的电功率的可能值．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°夹角固定放置，导轨间连接一阻值为6Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线m、n间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场．导体棒a的质量为ma=0.4kg，电阻Ra=3Ω；导体棒b的质量为mb=0.1kg，电阻Rb=6Ω；它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．a、b从开始相距L0=0.5m处同时将它们由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场（g取10m/s2，不计a、b之间电流的相互作用）．求：
    （1）当a、b分别穿越磁场的过程中，通过R的电荷量之比；
    （2）在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；
    （3）磁场区域沿导轨方向的宽度d为多大；
    （4）在整个过程中，产生的总焦耳热．

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    （2011?湖南模拟）如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨相距为l=0.5m，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，整个导轨平面处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小B=0.4T，方向垂直导轨平面，在导轨上垂直导轨放置两金属棒ab和cd，长度均为0 5m，cd棒的质量m=0.2kg、电阻R=0.2Ω，不计ab棒和金属导轨的电阻，两棒与金属导轨接触良好且可沿导轨自由滑动．现ab棒在外力作用下，始终以恒定速度v=1.5m/s沿着导轨向上滑动，cd棒则由静止释放，g取10m/s2．求：
    （1）刚释放cd棒时cd棒所受合力的大小和方向；
    （2）闭合回路中的最大电流和金属棒cd的最终速度．

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