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如图所示,在同一平面内放置的三条光滑平行足够长金属导轨a、b、c构成一个斜面,此...

如图所示,在同一平面内放置的三条光滑平行足够长金属导轨a、b、c构成一个斜面,此斜面与水平面的夹角θ=30°,金属导轨相距均为d=1m,导轨ac间横跨一质量为m=0.8kg的金属棒MN,棒与每根导轨始终良好接触,棒的电阻r=1Ω,导轨的电阻忽略不计.在导轨bc间接一电阻恒为R=2Ω的灯泡,导轨ac间接一电压传感器(相当于理想电压表).整个装置放在磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上.现对棒MN施加一沿斜面向下的拉力F使棒从静止开始运动,g取10m/s2.试求:(1)若施加的恒力F=2N,则金属棒达到稳定时速度为多少?(2)若施加的外力功率恒定,棒达到稳定时速度为4m/s,则此时外力的功率和电压传感器的读数分别为多少?(3)若施加的外力功率恒为P,经历时间为t,棒沿斜面轨道下滑距离为s、速度达到v3,则此过程中灯泡产生的热量为多少?

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(1)金属棒达到稳定时速度时做匀速直线运动,合力为零.由欧姆定律、感应电动势和安培力公式推导出安培力与速度的关系,根据平衡条件即可求出金属棒达到稳定时的速度. (2)若施加的外力功率恒定,棒达到稳定时速度为4m/s,由感应电动势公式和欧姆定律求出此时的感应电流,根据平衡条件求出外力的功率.由欧姆定律求出电压电压传感器的读数. (3)棒沿斜面轨道下滑距离为s,棒的重力势能减小,外力F做功提供能量Pt,转化为灯泡和金属棒的内能以及金属棒的动能,根据能量守恒定律列式可求出灯泡产生的热量. 【解析】 (1)设稳定时速度为v1,当金属棒速度达到稳定时,合力F合=0,即有     F+mgsinθ-FA=0 又金属棒所受的安培力大小FA=BId,I= 联立得 v1= 代入解得,v1=3.75m/s (2)若施加的外力功率恒定,棒达到稳定时速度为4m/s,此时电路中电流为 I2==A=3.2A 外力的大小为F外=,根据平衡条件则有    +mgsinθ=BI2d 代入解得,P=9.6W 灯泡两端的电压为UL=I2R=3.2×2V=6.4V,故电压传感器的读数为U=UL+Bdv2=14.4V (3)设此过程中灯泡和金属杆产生的热量分别为Q1和Q2.根据能量守恒定律得   Pt+mgsinθ=Q1+Q2+ 由于通过灯泡和金属杆的电流时刻相等,根据焦耳定律Q=I2Rt知,两者产生的热量与电阻成正比,则有    Q1:Q2=R:=4:1 则解得,Q1= 答:(1)若施加的恒力F=2N,则金属棒达到稳定时速度为3.75m/s; (2)若施加的外力功率恒定,棒达到稳定时速度为4m/s,外力的功率和电压传感器的读数分别为9.6W和14.4V. (3)此过程中灯泡产生的热量为.
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考点分析:
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设绝缘轻绳长为l,把两小球和轻绳看作整体,如下图所示,
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(1)在标准大气压(相当于76cmHg的压强)下对B管进行温度刻度,已知当温度t1=17℃时,管内水银面高度x1=18cm,则t=0℃的刻度线在x为多少厘米处?
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I/A0.300.600.801.201.702.703.10
U/V0.500.710.821.001.201.501.60
(1)根据表中数据,判断元件R可能是由上述______材料制成的,并简要说明理由.理由:______
(2)把元件R接入如图所示的电路中,闭合开关后,电流表读数为1.20A.已知电路中电源的电动势为3V,内阻不计,此时定值电阻R的电功率______W.
(3)请根据表中数据在(a)图中作出I-U图线.为了求出通过该元件R的电流I与电压U间的具体关系式,请你适当选取坐标轴,将表中有关数据进行适当换算,在(b)图中作出线性图线,并求出I和U之间的具体关系式.
I和U之间的具体关系式为:______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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