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如图所示,宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上,框架的上端接有一特殊的电子元件...

如图所示,宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上,框架的上端接有一特殊的电子元件,如果将其作用等效成一个电阻,则其阻值与其两端所加的电压成正比,即等效电阻R=kU,式中k为恒量.框架上有一质量为m的金属棒水平放置,金属棒与框架接触良好无摩擦,离地高为h,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面相垂直.将金属棒由静止释放,棒沿框架向下运动.不计金属棒电阻,问:
(1)金属棒运动过程中,流过棒的电流多大?方向如何?
(2)金属棒经过多长时间落到地面?
(3)金属棒从释放到落地过程中在电子元件上消耗的电能多大?

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(1)金属棒运动过程中切割磁感线产生感应电动势,由于金属棒没有电阻,电子元件两端的电压U=E,由欧姆定律求出感应电流,由楞次定律判断感应电流的方向; (2)由上式分析得知,电路中电流不变,金属棒所受的安培力不变,做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可求出加速度,根据运动学公式求时间; (3)由运动学公式求出棒落地的速度,根据动能定理求解电子元件上消耗的电能. 【解析】 (1)在棒运动过程中,流过电阻R的电流大小为  ;① 根据楞次定律判断得知:电流方向水平向右(从a→b). (2)在运动过程中金属棒受到的安培力为 对金属棒运用牛顿第二定律,mg-FA=ma  ③ 得恒定,所以金属棒作匀加速直线运动; 设金属棒经过时间t落地,有  ④ 解得  ⑤ (3)设金属棒落地时速度大小为v,有   根据动能定理,有   ⑥ 得 答:(1)金属棒运动过程中,流过棒的电流大小为,方向从a→b. (2)金属棒经过长时间落到地面. (3)金属棒从释放到落地过程中在电子元件上消耗的电能为.
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考点分析:
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(1)小物体离开桌子边缘B后经过多长时间落地?
(2)小物体与桌面之间的动摩擦因数多大?
(3)为使小物体离开桌子边缘B后水平射程加倍,即x'=2x,某同学认为应使小物体的初速度vA'加倍,即vA'=2vA,你同意他的观点吗?试通过计算验证你的结论.

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实验次数M/×10-2N•mL/×10-2mR/×10-4mθ/度
11555.1
225510.0
3210519.9
4210105.0
5310530.2
6315544.9
7420158.9
(1)利用上表实验数据,可以采取______法,分别研究扭转角θ与M、θ与L、θ与R的关系,进而得出θ与M、L、R的关系是______
(2)用上述材料做成一个长为0.4m,半径为0.002m的圆柱体,在下端面固定,上端面受到M=4×10-2N•m的扭转力矩作用下,上端面将转过的角度是______
(3)若定义扭转系数manfen5.com 满分网,则K与R、L的关系是______
(4)根据上述结果,为提高实验的灵敏度,卡文迪许在选取石英丝时,应选用长度______(选填“长”或“短”)一点、截面______一点(选填“粗”或“细”)的石英丝.

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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