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- 2021-05-14 发布
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1、(2011上海(14 分)电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S=1.15m,两导轨间距L=0.75 m,导轨倾角为30°,导轨上端
ab接一阻值R=1.5Ω的电阻,磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值r=0.5Ω,质量m=0.2kg的金属棒与
轨道垂直且接触良好,从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热 0.1rQ J 。(取
210 /g m s )求:(1)金属棒在此过程中克服安培力的功W安 ;(2)金属棒下滑速度 2 /v m s 时的加速度 a .3)为求金
属棒下滑的最大速度 mv ,有同学解答如下由动能定理 21- = 2 mW W mv重 安 ,……。由此所得结果是否正确?若正确,说
明理由并完成本小题;若不正确,给出正确的解答。
2、(2011 重庆第).(16 分)有人设计了一种可测速的跑步机,测速原理如题 23 图所示,该机底面固定有间距为 L 、长
度为 d 的平行金属电极。电极间充满磁感应强度为 B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场,且接有电压表和电阻 R ,绝缘橡
胶带上镀有间距为 d 的平行细金属条,磁场中始终仅有一根金属条,且与电极接触良好,不计金属电阻,若橡胶带匀
速运动时,电压表读数为U ,求:
(1)橡胶带匀速运动的速率;(2)电阻 R 消耗的电功率;(3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功。
3、(2010 年江苏).(15 分)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为 L,
一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为 m、有效电阻为 R 的导
体棒在距磁场上边界 h 处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最
终稳定为 I.整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电
阻.求:
(1)磁感应强度的大小 B;
(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小 v;
(3)流以电流表电流的最大值 Im.
4、(2010 福建)(19)如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为 的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻。
导体棒 a 和 b 放在导轨上,与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线 PQ 以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强
磁场。现对 a 棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的 b 棒恰好静止。当 a 棒
运动到磁场的上边界 PQ 处时,撤去拉力,a 棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向选滑动,此时 b 棒已滑离导轨。
当 a 棒再次滑回到磁场边界 PQ 处时,又恰能沿导轨匀速向下运动。已知 a 棒、b 棒和定值电阻的阻值均为 R,b 棒的质
量为 m,重力加速度为 g,导轨电阻不计。求
(1) a 棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a 棒中的电流强度 I,与定值电阻 R 中的电流强度 IR 之比;
(2) a 棒质量 ma;
(3) a 棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力 F。
5、(2011 四川).如图所示,间距 l=0.3m 的平行金属导轨 a1b1c1 和 a2b2c2 分别固定在两个竖直面内,在水平面 a1b1b2a2 区
域内和倾角 = 37 的斜面 c1b1b2c2 区域内分别有磁感应强度 B1=0.4T、方向竖直向上和 B2=1T、方向垂直于斜面向上的
匀强磁场。电阻 R=0.3 、质量 m1=0.1kg、长为 l 的相同导体杆 K、S、Q 分别放置在导轨上,S 杆的两端固定在 b1、
b2 点,K、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于 K 杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质滑轮自然下垂,
绳上穿有质量 m2=0.05kg 的小环。已知小环以 a=6 m/s2 的加速度沿绳下滑,K 杆保持静止,Q 杆在垂直于杆且沿斜面向
下的拉力 F 作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长。取 g=10 m/s2,sin 37 =0.6,cos 37 =0.8。求 1)
小环所受摩擦力的大小;2)Q 杆所受拉力的瞬时功率。
6、(北京理综)(16 分)均匀导线制成的单匝正方形闭合线框 abcd,每边长为 L,总电阻为 R,总质量为 m。将其置于
磁感应强度为 B 的水平匀强磁场上方 h 处。如图所示,线框由静止起自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且 cd 边
始终与水平的磁场边界面平行。当 cd 边刚进入磁场时,
(1)求线框中产生的感应电动势大小;
(2)求 cd 两点间电势差的大小;
(3)若此时线框的加速度刚好为零,求线框下落的高度 h 所应满足的条件。
7、(2007 江苏物理)(16 分)如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场区域足够长,磁
感应强度 B=1 T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为 d=0.5 m,现有一边长 l=0.2 m、质量 m
=0.1 kg、电阻 R=0.1 Ω的正方形线框 MNOP 以 v0=7 m/s 的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求:
⑴线框 MN 边刚进入磁场时受到安培力的大小 F;
⑵线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热 Q;
⑶线框能穿过的完整条形磁场区域的个数 n。
8、如图所示,平行导轨 MN 和 PQ 相距 0.5m,电阻可忽略.其水平部分是粗糙的,置于 0.60T 竖直向上的匀强磁场中,
倾斜部分是光滑的,该处没有磁场.导线 a 和 b 质量均为 0.20kg,电阻均为 0.15 ,a、b 相距足够远,b 放在水平导
轨上.a 从斜轨上高 0.050m 处无初速释放.求:
(1)回路的最大感应电流是多少?(2)如果导线与导轨间的动摩擦因数 =0.10,当导线 b 的速率达到最大值时,导
线 a 的加速度是多少?
9、(2011 海南第 16 题).如图,ab 和 cd 是两条竖直放置的长直光 滑金属导轨,MN 和 ' 'M N 是两根用细线连接 的
金属杆,其质 量分别为 m 和 2m。竖直向上的外力 F 作用在杆 MN 上,使两杆水平静止,
并刚好与导轨接触;两杆的总电阻为 R,导轨间距为l 。整个装置处在磁感应强度为 B 的匀
强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直。导轨电阻可忽略,重力加速度为 g。在 t=0 时刻
将细线烧断,保持 F 不变,金属杆和导轨始终接触良好。求(1)细线少断后,任意时刻两
杆运动的速度之比;(2)两杆分别达到的最大速度。
答 案
1、解析:(1)下滑过程中安培力的功即为在金属棒和电阻上产生的焦耳热,由于 3R r ,因此
3 0.3( )R rQ Q J ∴ = 0.4( )R rW Q Q Q J 安
( 2 ) 金 属 棒 下 滑 时 受 重 力 和 安 培 力
2 2
= B LF BIL vR r
安 由 牛 顿 第 二 定 律
2 2
sin30 B Lmg v maR r
∴
2 2 2 2
21 0.8 0.75 2sin30 10 3.2( / )( ) 2 0.2 (1.5 0.5)
B La g v m sm R r
(3)此解法正确。金属棒下滑时重力和安培力作用,其运动满足
2 2
sin30 B Lmg v maR r
上式表明,加速度随速度增加而减小,棒作加速度减小的加速运动。无论最终是否达到匀速,当棒到达
B
b
P
MaQ
N
斜 面 底 端 时 速 度 一 定 为 最 大 。 由 动 能 定 理 可 以 得 到 棒 的 末 速 度 , 因 此 上 述 解 法 正 确 。
21sin30 2 mmgS Q mv
∴ 2 1 2 0.42 sin30 2 10 1.15 2.74( / )2 0.2m
Qv gS m sm
2、解析:(1)设电动势为 E,橡胶带运动速率为 v。由: BLvE , UE ,得:
BL
Uv
(2)设电功率为 P,
R
UP
2
(3)设电流强度为 I,安培力为 F,克服安培力做的功为 W。
R
UI , BILF , FdW ,得:
R
BLUdW
3、(1)电流稳定后导体棒做匀速运动 BIl mg ①解得:B= mg
Il
②
2)感应电动势 E Blv ③ 感应电流 EI R
④
由②③④解得
2I Rv mg
(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为 vm
机械能守恒 21
2 mmv mgh 感应电动势的最大值 m mE Blv
感应电流的最大值 m
m
EI R
解得: 2
m
mg ghI IR
4、(1)a 棒沿导轨向上运动时,a 棒、b 棒及电阻 R 中放入电流分别为 Ia、Ib、Ic,有
R b bI R I R , a b RI I I ,解得: 1
2
a
b
I
I
。
(2)由于 a 棒在上方滑动过程中机械能守恒,因而 a 棒在磁场中向上滑动的速度大小 v1 与在磁场
中向下滑动的速度大小 v2 相等,即 1 2v v v ,设磁场的磁感应强度为 B,导体棒长为 L,在磁场中运动
时产生的感应电动势为 E BLv ,
当 a 棒沿斜面向上运动时,
32 2
b
EI R
, sinb bBI L m g ,
向上匀速运动时,a 棒中的电流为 'aI ,则 ' 2a
EI R
, ' sina aBI L m g
由以上各式联立解得: 3
2a
mm 。
(3)由题可知导体棒 a 沿斜面向上运动时,所受拉力
7 sinsin 2a
mgF BI L mg 。
5、解析:(1)设小环受到的摩擦力大小为 Ff,由牛顿第二定律,有 m2g-Ff=m2a ①
代入数据,得 Ff=0.2N ②
(2)设通过 K 杆的电流为 I1,K 杆受力平衡,有 Ff=B1I1l ③
设回路总电流为 I,总电阻为 R 总,有 12I I ④, 3= 2R R总 ⑤
设 Q 杆下滑速度大小为 v,产生的感应电动势为 E,有 EI R
总
⑥, 2E B Lv ⑦
1 2sinF m g B IL . ⑧,拉力的瞬时功率为 P Fv ⑨联立以上方程得到 2P W
6、
7 、
2 2
2 2
4 4
1 cd v 2gh
2
(2)
3 3 24 4
2(3)
, 0 2
BLv BL gh
I R
cd U I R BL gh
B L ghF BIL R
m gRmg F ma a h B L
=
= =
=
= =
= =
= = =
8、
9、解析:设某时刻 MN 和 ' 'M N 速度分别为 v1、v2。
(1)两金属杆所受的安培力大小相同,方向相反,MN 受安培力向下, M N 所受安培力向上。
某时刻 MN 的加速度 1
3 2mg mg BIL BILa gm m m
同时刻 ' 'M N 的加速度 2
2
2 2 2
mg BIL BILa gm m m
因为任意时刻两加速之比总为 1
2
2
1
a
a
,所以: 1
2
2v
v
①
(2)当 MN 和 ' 'M N 的加速度为零时,速度最大。对 ' 'M N 受力平衡: BIl mg ②
EI R
③ , 1 2E Blv blv ④,由①②③④得: 1 2 2
2
3
mgRv B l
、 2 2 23
mgRv B l