如图所示,两条足够长的光滑金属导轨
,
互相平行,它们所在的平面跟水平面成
角,两导轨间的距离为
两导轨的顶端
和
用阻值为
电阻相连,在导轨上垂直于导轨放一质量为
,电阻为
的导体棒
,导体棒始终与导轨连接良好,其余电阻不计,水平虚线
下方的导轨处在磁感应强度为
的匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向上,
为磁场区域的上边界,现将导体棒从图示位置由静止释放,导体棒下滑过程中始终与导轨垂直,经过时间
,导体棒的速度增加至
,重力加速度为
,求:
(1)导体棒速度为
时加速度的大小;
(2)在
时间内,流过导体棒某一横截面的电荷量
;
(3)导体棒速度达到稳定后沿导轨继续下滑,在这个过程中,电阻
上会产生焦耳热,此现象可以从宏观与微观两个不同角度进行研究。经典物理学认为,在金属导体中,定向移动的自由电子频繁地与金属离子发生碰撞,使金属离子的热振动加剧,因而导体的温度升高,在考虑大量自由电子的统计结果时,电子与金属离子的频繁碰撞结果可视为导体对电子有连续的阻力,若电阻
是一段粗细均匀的金属导体,自由电子在导体中沿电流的反方向做直线运动,基于以上模型,试推导出导体棒速度达到稳定后沿导轨继续下滑
距离的过程中,电阻
上产生的热量
。
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/87c7eb49a823f757461cd5260757b088.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f44c235d8b49207ad3f2d77dc5d6cf20.png)
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(1)导体棒速度为
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(2)在
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(3)导体棒速度达到稳定后沿导轨继续下滑,在这个过程中,电阻
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更新时间:2022-05-14 14:20:54
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(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,顶角
的金属导轨MON固定在水平面内,导轨处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中.一根与ON垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度
沿导轨MON向右滑动,导体棒的质量为m,导轨与导体棒单位长度的电阻均为
导体棒与导轨接触点为a和b,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触
时,导体棒位于顶角O处.求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/25/bba941de-8d71-4974-889a-63a58574435f.png?resizew=161)
(1)t时刻流过导体棒的电流强度I和电流方向.
(2)导体棒做匀速直线运动时水平外力F的表达式.
(3)导体棒在
时间内产生的焦耳热Q.
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(1)t时刻流过导体棒的电流强度I和电流方向.
(2)导体棒做匀速直线运动时水平外力F的表达式.
(3)导体棒在
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(0.4)
【推荐2】如图所示,一足够大的倾角
=30°的粗糙斜面上有一个粗细均匀的由同种材料制成的金属线框abcd,线框的质量m=0.6kg,其电阻值R=1.0Ω,ab边长L1=1m,bc边长L2=2m。斜面以EF为界,EF上侧有垂直于斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T。一质量为M的物体用绝缘细线跨过光滑定滑轮与线框相连,连接线框的细线与斜面平行且细线最初处于松弛状态。现先释放线框再释放物体,当cd边离开磁场时线框即以v=2m/s的速度匀速下滑,在ab边运动到EF位置时,细线恰好被拉直绷紧(时间极短),随即物体和线框一起做匀速运动,t=1s后开始做匀加速运动。g取10m/s2,求:
(1)线框与斜面之间的动摩擦因数
;(结果保留一位小数)
(2)细线绷紧前,M下降的时间t1;
(3)系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量Q。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c24095e409b025db711f14be783a406c.png)
(1)线框与斜面之间的动摩擦因数
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1100379a4385b9ce064847bc21760adc.png)
(2)细线绷紧前,M下降的时间t1;
(3)系统在线框cd边离开磁场至重新进入磁场过程中产生的热量Q。
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【推荐3】半径为r=0.4m的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度B=0.2T,磁场方向垂直纸面向里.边长为L=1.2m 的金属正方形框架ABCD在垂直磁场的平面内放置,正方形中心与圆心O重合.金属框架AD与BC边上分别接有L1、L2两灯,两灯的电阻均为R=2Ω,一金属棒MN平行AD边搁在框架上,与框架电接触良好,棒与框架的电阻均忽略不计.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2016/4/14/1575858450169856/1575858450432000/STEM/68760344-3a07-44cd-b3e8-a8de005917e0.png?resizew=153)
(1)若棒以匀速率向右水平滑动,如图所示.当滑过AB与DC边中点E、F时,灯L1中的电流为0.4A,求棒运动的速率.
(2)撤去金属棒MN,将右半框架EBCF以EF为轴向下翻转 90°,若翻转后磁场随时间均匀变化,且灯L1的功率为1.28×10﹣2W,求磁场的变化率
.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2016/4/14/1575858450169856/1575858450432000/STEM/68760344-3a07-44cd-b3e8-a8de005917e0.png?resizew=153)
(1)若棒以匀速率向右水平滑动,如图所示.当滑过AB与DC边中点E、F时,灯L1中的电流为0.4A,求棒运动的速率.
(2)撤去金属棒MN,将右半框架EBCF以EF为轴向下翻转 90°,若翻转后磁场随时间均匀变化,且灯L1的功率为1.28×10﹣2W,求磁场的变化率
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/020354c4eb0dfe06088623ffcce27704.png)
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(0.4)
【推荐1】如图所示,顶角
的光滑金属导轨
固定在水平面内,导轨处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一根与
垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度
沿导轨
向右滑动,导体棒的质量为
,导轨与导体棒单位长度的电阻均为
,导体棒与导轨的接触点分别为
和
,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。
时,导体棒位于顶角
处。求:
(1)
时刻流过导体棒的电流大小
和电流方向,并判断
、
端电势高低。
(2)导体棒做匀速直线运动时水平外力
随时间
变化的表达式。
(3)导体棒在
时间内产生的焦耳热
。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c42206793edde00d2d43cd07adf78366.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d1eb76f88cb973c220cffa1c9c0721a6.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/88e9f7d1272b7344346b58b660aa260a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6f58888df91890a19a1aa7511d19703f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d1eb76f88cb973c220cffa1c9c0721a6.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/294f5ba74cdf695fc9a8a8e52f421328.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/11bc05f41215f9894e11d1df0465751a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a6936d370d6a238a608ca56f87198de.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2c94bb12cee76221e13f9ef955b0aab1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7aeb9a94e392f6759b18abed89aacc5e.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1dde8112e8eb968fd042418dd632759e.png)
(1)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/36a1b09c653185842513e24ebba60bb3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e105760638b22b26ff8bec4354255e4c.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2c94bb12cee76221e13f9ef955b0aab1.png)
(2)导体棒做匀速直线运动时水平外力
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a0ed1ec316bc54c37c4286c208f55667.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/36a1b09c653185842513e24ebba60bb3.png)
(3)导体棒在
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3d642aac54638481b1285e250c60e6d2.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/acc290b44635265137fdf13146b6a6d9.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/9/16/2809517221912576/2810093202251776/STEM/c9e6f3e6-07d8-4f0e-a516-c1939a3e1118.png?resizew=180)
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(0.4)
名校
【推荐2】如图所示,在光滑的水平金属轨道ABCD-EFGH内有竖直向上的匀强磁场,左侧宽轨道处磁感应强度为3B,右侧窄轨道处磁感应强度为B,AB与EF宽为2L,CD与GH宽为 L,金属棒a、b质量分别为2m和m,电阻分别为2R和R.最初两棒均静止,若给棒a初速度v0向右运动,假设轨道足够长,棒a只在轨道AB与EF上运动.求:
(1)金属棒a、b的最终速度;
(2)整个过程中通过金属棒a的电量;
(3)整个过程中金属棒a上产生的焦耳热.
(1)金属棒a、b的最终速度;
(2)整个过程中通过金属棒a的电量;
(3)整个过程中金属棒a上产生的焦耳热.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/27/da42677a-7608-4150-97ba-5a724806d9ac.png?resizew=298)
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(0.4)
【推荐3】如图所示,两根平行光滑的金属导轨由四分之一圆弧部分A1B1A2B2与水平部分B1C1B2C2构成,导轨末端固定两根绝缘柱,弧形部分半径r0=0.45m、导体棒长度和导轨间距均为L=1m,导轨水平部分处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小B =1T。导体棒a、b分别垂直导轨静置于圆弧顶端处和水平导轨中某位置,a,b两导体棒质量M=2kg和m=1kg、电阻分别为r=1Ω,R=3Ω。导体棒a由静止释放,经过一段时间后,导体棒b向右运动,在导轨末端与绝缘柱发生碰撞且无机械能损失,若b接触绝缘柱之前两棒已匀速运动且未发生碰撞,且碰绝缘柱之前两导体棒的距离为x=4m。b碰绝缘柱后与a发生弹性碰撞。整个运动过程中导体棒与导轨接触良好,导轨电阻不计,g取10m/s2。(结果可用分数形式表示)求:
(1)导体棒a刚滑入水平导轨时b的加速度大小;
(2)导体棒b与绝缘柱碰撞后到与导体棒a碰撞前的过程,导体棒a产生的焦耳热;
(3)导体棒a、b的碰撞后各自的速度。
(1)导体棒a刚滑入水平导轨时b的加速度大小;
(2)导体棒b与绝缘柱碰撞后到与导体棒a碰撞前的过程,导体棒a产生的焦耳热;
(3)导体棒a、b的碰撞后各自的速度。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/7/1/2496296871501824/2496373638610945/STEM/e5c850de-2c30-41a8-9d8b-11833b752173.png?resizew=276)
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(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,两光滑金属导轨,间距d=0.2m,在桌面上的部分是水平的,处在磁感应强度B=0.1T、方向竖直向下的有界磁场中,电阻R=3Ω,桌面高H=0.8m,金属杆ab的质量m=0.2kg,电阻r=1Ω,在导轨上距桌面h=0.2m的高处由静止释放,落地点距桌面左边缘的水平距离s=0.4m,g=10m/s2. 求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/1/2151038547656704/2154492844793856/STEM/05d1e546-6a3b-4c2a-b02e-f505aef9b66f.png?resizew=208)
(1)金属杆进入磁场时,R上的电流大小;
(2)整个过程中R上产生的热量.
(3)整个过程中通过R的电荷量.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/1/2151038547656704/2154492844793856/STEM/05d1e546-6a3b-4c2a-b02e-f505aef9b66f.png?resizew=208)
(1)金属杆进入磁场时,R上的电流大小;
(2)整个过程中R上产生的热量.
(3)整个过程中通过R的电荷量.
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较难
(0.4)
【推荐2】如图所示,间距为L的两根平行金属导轨弯成“L”形,竖直导轨面与水平导轨面 均足够长,整个装置处于竖直向上大小为B的匀强磁场中.质量均为m、阻值均为R的导 体棒ab、cd均垂直于导轨放置,两导体棒与导轨间动摩擦因数均为μ;当导体棒cd在水平恒力作用下以速度v0沿水平导轨向右匀速运动时,释放导体棒ab,它在竖直导轨上匀加速下滑.(导体棒ab、cd与导轨间接触良好且接触点及金 属导轨的电阻不计;已知重力加速度为g)求:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/7/7/1725184640868352/1725794132598784/STEM/758ad2bc-29d8-4c35-9c3c-da07e68ce7d1.png?resizew=214)
(1)导体棒cd向右匀速运动时,电路中的电流大小;
(2)导体棒ab匀加速下滑的加速度大小;
(3)若在某时刻,将导体棒cd所受水平恒力撤 去,经过一段时间,导体棒cd静止,此过程流经导体棒cd的电荷量为q,则这一段时间内导体棒cd产生的焦耳热为多少。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/7/7/1725184640868352/1725794132598784/STEM/758ad2bc-29d8-4c35-9c3c-da07e68ce7d1.png?resizew=214)
(1)导体棒cd向右匀速运动时,电路中的电流大小;
(2)导体棒ab匀加速下滑的加速度大小;
(3)若在某时刻,将导体棒cd所受水平恒力撤 去,经过一段时间,导体棒cd静止,此过程流经导体棒cd的电荷量为q,则这一段时间内导体棒cd产生的焦耳热为多少。
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较难
(0.4)
【推荐3】如图所示,两个足够长的平行光滑细金属导轨固定在倾角
的光滑绝缘斜面上,导轨间距
,且电阻不计,导轨间有宽度为
、磁感应强度的大小为
、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场,一长度为3d的绝缘轻杆将导体棒和正方形细金属线框连接,线框的边长为d,线框的总电阻为
,导体棒和线框总质量为
,导体棒与导轨始终接触良好,并在导体棒中通以恒定电流
(由外接恒流电源产生,图中未画出),导体棒处于磁场内且恰好位于下边界处,将装置由静止释放,导体棒先穿过磁场,后金属线框也穿过磁场。金属线框第一次刚穿过磁场后的速度约为1.2m/s,之后再次返回穿过磁场。不计线框及导体棒中电流所产生磁场的影响,重力加速度g取
,求:
(1)导体棒第一次离开磁场上边界的速度
;
(2)金属线框第一次沿绝缘斜面向上穿过磁场的时间t;
(3)经足够长时间后,导体棒能到达的最低点与磁场上边界的距离x。
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/016e1ebf757d3687e2440175f7c057b4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ccc94f2ea411c691d91a4fc6665c24ce.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/93dd6eebaa02d65a3721c39aea812906.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b1eebd522c4de12f8255e649d3145d51.png)
(1)导体棒第一次离开磁场上边界的速度
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6f58888df91890a19a1aa7511d19703f.png)
(2)金属线框第一次沿绝缘斜面向上穿过磁场的时间t;
(3)经足够长时间后,导体棒能到达的最低点与磁场上边界的距离x。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/27/4fdec688-29ed-4d63-b09f-adb909ace164.png?resizew=250)
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