如图所示,足够长的“”形光滑平行导轨MP、NQ固定在水平面上,宽轨间距为,窄轨间距为l,左侧为金属导轨,右侧为绝缘轨道。一质量为m、阻值为r、三边长度均为l的“U”形金属框,左端紧靠平放在绝缘轨道上(与金属导轨不接触)。左侧存在磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场:右侧以O为原点,沿OP方向建立x轴,沿Ox方向存在分布规律为的竖直向上的磁场。两匀质金属棒a、b垂直于轨道放置在宽轨段,质量均为m、长度均为、阻值均为。初始时,将b锁定,a在水平向右、大小为F的恒力作用下,从静止开始运动,离开宽轨前已匀速,a滑上窄轨瞬间,撤去力F,同时释放b。当a运动至时,棒a中已无电流(b始终在宽轨),此时撤去b。金属导轨电阻不计,a棒、b棒、金属框与导轨始终接触良好。求:
(1)a棒在宽轨上匀速运动时的速度及刚滑上窄轨时a两端电势差的大小;
(2)从撤去外力F到金属棒a运动至的过程中,a棒产生的焦耳热;
(3)若a棒与金属框碰撞后连接在一起构成回路,求a棒静止时与点的距离。
(1)a棒在宽轨上匀速运动时的速度及刚滑上窄轨时a两端电势差的大小;
(2)从撤去外力F到金属棒a运动至的过程中,a棒产生的焦耳热;
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更新时间:2023-04-14 08:10:08
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【推荐1】如图甲所示,间距为L的足够长的光滑、平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m,电阻为r的金属杆ab垂直跨接在导轨上,整个装置处于磁感应强度B的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。施加外力F(未知量)沿水平方向拉金属杆ab,使之由静止开始运动,电阻R两端的电压随时间变化的关系如图乙所示,时刻对应的电压为,已知导体棒在运动中所受到的阻力为其对地速度的k倍,设导体棒运动中始终处于磁场区域内,导轨电阻忽略不计。(提示:可以用图像下的“面积”代表力F的冲量)求:
(1)时刻,金属杆ab的速度;
(2)过程,外力F的冲量I;
(3)若磁场有界,开始时金属杆静止于磁场区域,如图丙所示。现使磁场以速度匀速向右移动,则当金属杆达到恒定速度时(此时金属杆ab处于磁场中),外界供给导轨、金属棒系统的功率多大?
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【推荐2】如图,间距为L=20cm的光滑平行金属导轨,其左侧为曲面轨道,上端与阻值R=10Ω的电阻连接,右侧为水平轨道(足够长),且水平轨道处于方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=10T。导体棒L质量M=0.3kg,长L,电阻也为R=10Ω,静止在水平轨道左端。绝缘棒质量m=0.1kg,从h=0.2m高处由静止释放,与发生碰撞。以后每次碰撞前已停止运动。忽略极短的碰撞时间,且两棒始终与平行导轨良好接触。每次碰撞均无能量损失,不计导轨电阻,重力加速度大小g取10m/s2。求:
(1)第二次碰撞前通过电阻R的电量及电阻R的发热量;
(2)和都停止运动的全过程中棒的位移大小。
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【推荐3】如图所示,匀强磁场垂直于纸面向外且范围足够大,磁感应强度的大小为B = 3T,水平面上固定不计电阻的关于Ox对称的足够长的轨道OABCD和OEFGH。其中EF∥AB且间距为,GH∥CD且间距为,OE、OA与Ox轴的夹角均为θ,且θ = 30°。一根粗细均匀的导体棒长度为L、质量为m = 6kg、单位长度的电阻为r = 3Ω,用沿着x轴正方向向右的拉力F作用在导体棒的中点,使其从O点开始沿着Ox轴做匀速直线运动,速度的大小为v0 = 2m/s。3s末撤去拉力,同时断开OE和OA的连接,且同时在GH和CD导轨的左端上放一根质量为、长度的导体棒,金属棒与导轨接触良好,不计一切摩擦。求:
(1)导体棒在OEA轨道上时,电流强度的大小;
(2)导体棒在OEA轨道上运动过程中,产生的焦耳热;
(3)EF和GH都足够长,3s末之后两棒产生的总焦耳热。
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【推荐1】如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线PQ以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的恒定拉力,使a棒沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一段距离后再向下滑动,a棒滑回PQ前b棒已滑离导轨。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,恒定拉力与b棒的质量大小关系为:恒定拉力,重力加速度为g,导轨电阻不计。求:
(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流Ia与b棒中的电流Ib之比;
(2)a棒质量ma;
(3)a棒滑回PQ刚进入磁场向下运动时所受的安培力的大小,并判断a棒在磁场中向下运动时做什么运动?
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【推荐2】如图所示,两足够长且不计电阻的光滑平行导轨固定在水平地面上,间距,导轨区域有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为,两根金属棒甲和乙垂直放在导轨上且始终与导轨保持良好接触。已知金属棒甲和乙质量分别是、,有效电阻分别是、。金属棒乙被一根不可伸长的结实细线牵住。时刻给金属棒甲一个向右的、大小为的初速度,让金属棒甲运动起来。求:
(1)时刻金属棒甲两端的电压;
(2)金属棒甲运动过程中的速度v与位移x的关系式;
(3)当金属棒甲速度为时剪断细线,剪断细线后乙棒中产生的焦耳热。
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【推荐3】如图,两光滑平行金属导轨AC、A'C'固定于地面上方h=0.8m高处的水平面上,导轨间距L=1m,导轨电阻不计,其右端与阻值为R=1Ω的电阻、断开的开关S连接。处于竖直平面内半径为0.8m的、光滑绝缘的一圆弧轨道与金属导轨相切于A、A'处。AC、A'C'之间存在磁感应强度大小为1T、方向竖直向下的匀强磁场。两根相同的导体棒aa'、bb',长度均为1m,质量均为0.5kg,电阻均为1Ω,bb'棒静止于图示的水平导轨上,将aa'棒从圆弧轨道顶端由静止释放,aa'棒到达AA'处与水平导轨良好接触且滑行一小段距离(可忽略不计),之后aa'棒水平向左飞出,落到地面时水平射程x=0.8m;在aa'棒飞离水平导轨瞬间立即闭合开关S,此后经过时间t,bb'棒在cc'处恰好停下。已知重力加速度大小为g,bb'棒始终与导轨垂直且接触良好,不计空气阻力。求:
(1)aa'棒与水平导轨接触前瞬间及飞离水平导轨瞬间的速度大小;
(2)aa'棒与水平导轨接触过程中通过aa'棒某一横截面的电荷量以及aa'棒飞离AA'处瞬间bb'棒的速度大小;
(3)从闭合开关的瞬间到bb'棒停下的过程中,bb'棒中产生的焦耳热以及bb'棒运动的位移大小。
(1)aa'棒与水平导轨接触前瞬间及飞离水平导轨瞬间的速度大小;
(2)aa'棒与水平导轨接触过程中通过aa'棒某一横截面的电荷量以及aa'棒飞离AA'处瞬间bb'棒的速度大小;
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【推荐1】如图所示,在水平面内固定一足够长的光滑平行金属导轨与,与之间以及与之间分别通过一小段长度可忽略的绝缘光滑轨道平滑连接,其中部分的宽度为,部分的宽度为,导轨最左端、之间连接有一带电的、电容为的电容器和开关,整个导轨所在空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。开始时开关断开,质量为,长度为,阻值为的金属棒N静止在导轨部分上,质量为,长度为,电阻可忽略不计的金属棒M静止在导轨部分上。现闭合开关,电容器通过金属棒M放电,金属棒M开始沿导轨向右运动,且离开部分前的一段距离内金属棒M以速度大小匀速运动。不计导轨电阻,两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,金属棒M始终在部分运动,求:
(1)金属棒M刚滑上导轨部分时加速度的大小;
(2)电容器初始时的带电量;
(3)整个过程中金属棒N产生的焦耳热。
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【推荐2】如图所示,倾斜平行金属导轨AB与CD间的距离为2L,导轨平面与水平面间的夹角,足够长的水平平行导轨EF与GH间的距离为L,两组导轨间由导线相连并固定,图中虚线以下的倾斜导轨和水平导轨均处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中(图中未画出),两磁场磁感应强度大小为B,导体棒b垂直放置在水平导轨上,现将导体棒a从虚线上方距虚线L处垂直于导轨由静止释放,两根匀质导体棒质量均为m,接入电路中的电阻均为R,不计其他各处电阻,导体棒a未到两组导轨连接处时已达到稳定状态。已知倾斜导轨虚线以上部分和水平导轨均光滑,导体棒a与倾斜导轨虚线以下部分间的动摩擦因数,导体棒与导轨接触良好,,,重力加速度为g。求:
(1)导体棒b在磁场中运动的最大加速度;
(2)导体棒a在倾斜导轨上达到稳定状态时导体棒b的速度大小;
(3)导体棒a经过两组导轨连接处(无能量损失)之后通过导体棒a的电荷量及导体棒a上产生的热量。
(1)导体棒b在磁场中运动的最大加速度;
(2)导体棒a在倾斜导轨上达到稳定状态时导体棒b的速度大小;
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(0.4)
【推荐3】如图所示,电阻可忽略的导轨EFGH与组成两组足够长的平行导轨,其中组成的面与水平面夹角为,且处于垂直于斜面向下大小为的匀强磁场中,EF与之间的距离为2L,GHG'H水平,且处于竖直向下,大小也为的匀强磁场中,GH与G'H'之间的距离为L,质量为2m,长为2L,电阻为2R的导体棒AB横跨在倾斜导轨上,且与倾斜导轨之间无摩擦,质量为,长为L,电阻为R的导体棒CD横跨在水平导轨上,且与水平导轨之间摩擦系数为,导体棒CD通过一轻质细线跨过一定滑轮与一质量也为m的物块相连,不计细线与滑轮的阻力和空气阻力。
(1)固定AB导体棒,试求CD棒能达到的最大速度;
(2)若固定CD,将AB由静止释放,则AB两端的最大电压为多少;
(3)同时释放AB和CD,试求两导体棒能达到的最大速度分别为多大;
(4)假定从释放到两棒达到最大速度经历的时间为t,试求此过程中两导体棒产生的总焦耳热。
(1)固定AB导体棒,试求CD棒能达到的最大速度;
(2)若固定CD,将AB由静止释放,则AB两端的最大电压为多少;
(3)同时释放AB和CD,试求两导体棒能达到的最大速度分别为多大;
(4)假定从释放到两棒达到最大速度经历的时间为t,试求此过程中两导体棒产生的总焦耳热。
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