组卷网 > 高中物理综合库 > 电磁学 > 电磁感应 > 法拉第电磁感应定律 > 动生电动势 > 导体棒平动切割磁感线产生的动生电动势
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:403 题号:7592405
如图所示固定于同一水平面内的光滑、平行长直金属导轨处于竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接有定值电阻.粗细和材质均匀的金属杆MN在与其垂直的水平恒力作用下,在导轨上匀速向右运动;金属杆MN始终与导线框形成闭合电路,其长度恰好等于平行轨道的间距,导轨电阻不计.

(1)已知匀强磁场的磁感强度为B金属杆MN的长度为L,速度为v
a.请通过法拉第电磁感应定律推导证明,金属杆MN切割磁感线产生的电动势
b.请结合电源电动势定义式推导证明,金属杆MN切割磁感线产生的电动势
(2)已知定值电阻的阻值为R,金属杆MN的电阻为r,水平恒力为F,某段时间内,金属杆MN向右运动距离为x
a.请结合能量守恒定律,求这段时间内金属杆MN上产生的热量Q
b.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,把定向移动的动能不断传递给金属离子,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,电子与金属离子的碰撞结果可视为导体对电子有连续的阻力.
展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型,并在此基础上求这段时间内金属杆MN上产生的热量Q

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【推荐1】如图所示,两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内,其间距L=2m,磁感应强度B=0.5T的匀强磁场垂直轨道平面向下,两导轨之间连接的电阻R=4.8Ω,在导轨上有一金属棒ab,其电阻r=0.2Ω,金属棒与导轨垂直且接触良好,如图所示,在ab棒上施加水平拉力使其以速度v=5m/s向右匀速运动,设金属导轨足够长.求:
(1)金属棒ab产生的感应电动势和通过电阻R的电流方向;
(2)水平拉力F
(3)在0~5s内,通过金属棒ab的电荷量q及电阻R产生的焦耳热Q.
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【推荐2】如图甲所示,斜面顶部线圈的横截面积,匝数匝,内有水平向左均匀增加的磁场,磁感应强度随时间的变化图象如图乙所示。线圈与间距为的光滑平行金属导相连,导轨固定在倾角的绝缘斜面上。图示虚线cd下方存在磁感应强度的匀强磁场,磁场方向垂直于斜面向上。质量的导体棒垂直导轨放置,其有效电阻,从无磁场区域由静止释放,导体棒沿斜面下滑一段距离后刚好进入磁场中并匀速下滑。在运动中导体棒与导轨始终保持良好接触,导轨足够长,线圈和导轨电阻均不计。重力加速度取,求:
(1)导体棒进入磁场前流过导体棒的感应电流大小和方向;
(2)导体棒沿斜面做匀加速直线运动的位移x
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【推荐3】如图甲所示,间距为L、足够长的光滑平行金属导轨MNPQ放置在绝缘水平桌面上,MP间接有电阻R0,导体棒ab垂直放置在导轨上,接触良好.导轨间直径为L的圆形区域内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B的大小随时间t的变化规律如图乙所示,导体棒和导轨的电阻不计,导体棒ab静止.求:
   
(1)在0~t0时间内,回路中的感应电动势E
(2)在0~t0时间内,电阻R0产生的热量Q
(3)若从tt0时刻开始,导体棒以速度v向右匀速运动,则导体棒通过圆形区域过程中,导体棒所受安培力F的最大值。
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共计 平均难度:一般