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如图(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成 半...

如图(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成  半径为H的1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H的水平面上.圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场Bt),如图(b)所示,两磁场方向均竖直向上.在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧底端.设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g

⑴问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?为什么?

⑵求0到时间t0内,回路中感应电流产生的焦耳热量.

⑶探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向.

 

见解析 【解析】 (1)感应电流的大小和方向均不发生改变.因为金属棒滑到圆弧任意位置时,回路中磁通量的变化率相同. (2)0—t0时间内,设回路中感应电动势大小为E0,感应电流为I,感应电流产生的焦耳热为Q,由法拉第电磁感应定律: 根据闭合电路的欧姆定律:由焦定律及②③有: (3)设金属进入磁场B0的瞬间,速度为v, 金属棒在圆弧区域下滑的过程中,机械能守恒: 根据法拉第电磁感应定律,金属棒进入磁场B0区域瞬间产生的感应电动势大小为E,则:方向为 而左端磁场的感应电动势为,方向为由闭合电路欧姆定律,求得感应电流: 根据⑦讨论:I.当时,I=0; II.当时,,方向为; III.当时,,方向为.  
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考点分析:
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如图所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距L,在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻,在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电阻为r、长度也刚好为L的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场左边界相距.现用一个水平向右的力F拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab离开磁场前已做匀速直线运动,棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,Fab与初始位置的距离x变化的情况如图,已知.求:

(1)棒ab离开磁场右边界时的速度;

(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能;

(3)满足什么条件时,棒ab进入磁场后一直做匀速运动.

 

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如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2 m,宽为d=0.5 m的光滑金属“U”型导轨,导轨右端接有R1=2 ΩR2=6 Ω的两个电阻,在“U”型导轨右侧l=1 m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻.质量为m=0.1 kg,内阻r=0.5 Ω,导体棒abv0=2 m/s初速度从导轨的左端开始向口运动,导轨的电阻忽略不计,g10 m/s2。求:

(1)第一秒内流过ab电流的大小及方向;

(2)第一秒内流过电阻R1的电荷量;

(3) ab电棒进入磁场瞬间的加速度大小及全过程回路中产生的焦耳热。

    

 

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如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r00.10Ω/m,导轨的端点PQ用电阻可以忽略的导线相连,两导轨间的距离l0.20m.有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为Bkt,比例系数k0.020T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直.在t0时刻,金属杆紧靠在PQ端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t6.0s时金属杆所受的安培力.

 

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如图所示,倾角为θ=37°的足够长的平行导轨顶端bc间、底端ad间分别连一电阻,其阻值为R1=R2=2r,两导轨间距为L=1m.在导轨与两个电阻构成的回路中有垂直于轨道平面向下的磁场,其磁感应强度为B1=1T.在导轨上横放一质量m=1kg、电阻为r=1Ω、长度也为L的导体棒ef,导体棒与导轨始终良好接触,导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5.在平行导轨的顶端通过导线连接一面积为S=0.5m2、总电阻为r、匝数N=100的线圈(线圈中轴线沿竖直方向),在线圈内加上沿竖直方向,且均匀变化的磁场B2(图中未画),连接线圈电路上的开关K处于断开状态,g=10m/s2,不计导轨电阻.求:

(1)从静止释放导体棒,导体棒能达到的最大速度是多少?

(2)导体棒从静止释放到稳定运行之后的一段时间内,电阻R1上产生的焦耳热为Q=0.5J,那么导体下滑的距离是多少?

(3)现闭合开关K,为使导体棒静止于倾斜导轨上,那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率大小的取值范围?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

 

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xOy平面坐标系的第一象限内存在着方向向里大小按变化的磁场,有一长l=20 cm,宽为h=10 cm的矩形金属线框,总电阻为R=0.02 Ω,正以速度v=10 m/s的速度沿x轴正方向匀速运动.则下列说法正确的是

A.线框产生的感应电动势

B.回路消耗的电功率

C.必须对线框施加的外力,才能使线框匀速运动

D.为使线框匀速运动,施加的外力大小为,方向沿x正方向

 

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