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如图甲所示,两根足够长,电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L1=1m,导轨平面与水...

如图甲所示,两根足够长,电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L1=1m,导轨平面与水平面成θ=30°角,上端连接阻值R=1.5Ω的电阻;质量为m=0.2kg,阻值r=0.5Ω的金属棒ab放在两导轨上,距离导轨最上端为L2=4m,棒与导轨垂直并保持良好接触,整个装置处于一匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示,为保持ab棒静止,在棒上施加了一平行于导轨平面的外力F,g=10m/s2求:
(1)当t=1s时,外力F的大小和方向;
(2)4s后,撤去外力F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将R两端的电压即时采集并输入计算机,在显示器显示的电压达到某一恒定值后,记下该时刻棒的位置,测出该位置与棒初始位置相距207.90cm,求棒下滑该距离过程中电阻R上产生的焦耳热.
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(1)根据法拉第电磁感应定律求出0~3s内感应电动势,再根据闭合电路欧姆定律求出电流,从而求出安培力,利用棒子的平衡求出外力F的大小和方向. (2)导体棒由静止下滑,受重力、支持力、安培力,当下滑的加速度减小为0时,速度稳定,电压也稳定,根据平衡求出此时的速度,再根据能量守恒求出总热量,根据电流时刻相同,. 【解析】 (1)0~3s内,根据法拉第电磁感应定律:   由闭合电路欧姆定律得: t=1s时,F安=BIL1=0.5N 对ab棒受力分析,由平衡条件: F+mgsin30°-F安=0 F=-0.5N 所以外力F的大小为0.5N,方向沿导轨斜面向上. (2)棒沿导轨下滑切割磁感线,有 E′=B′L1v 下滑稳定时mgsin30°=B′I′L1= v= 由能量守恒得 又 所以QR=1.5J.
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考点分析:
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(1)若滑块B从斜面某一高度h处由静止滑下与小球发生弹性碰撞后,使小球恰好在竖直平面内做圆周运动,求此高度h.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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