如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与

如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与

题型:江苏难度:来源:
如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直.长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“
魔方格
”型装置,总质量为m,置于导轨上.导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生,图中未画出).线框的边长为d(d<l),电阻为R,下边与磁场区域上边界重合.将装置由静止释放,导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回,导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直.重力加速度为g.
求:(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热Q;
(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1
(3)经过足够长时间后,线框上边与磁场区域下边界的最大距离Χm魔方格
答案
(1)设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中,作用在线框上的安培力做功为W
         由动能定理  mgsinα•4d+W-BIld=0
         且Q=-W
         解得  Q=4mgdsinα-BIld
   (2)设线框刚离开磁场下边界时的速度为v1,则接着向下运动2d
        由动能定理得:mgsinα•2d-BIld=0-
1
2
m
v21

        装置在磁场中运动时收到的合力F=mgsinα-F′
        感应电动势   E=Bdv
        感应电流     I′=
E
R

        安培力       F"=BI"d
       由牛顿第二定律,在t到t+△t时间内,有△v=
F
m
△t

       则∑△v=∑[gsinα-
B2d2v
mR
]△t

       有v1=gt1sinα-
2B2d3
mR

       解得   t1=


2m(BIld-2mgdsinα)
+
2B2d3
R
mgsinα

  (3)经过足够长时间后,线框在磁场下边界与最大距离xm之间往复运动
       由动能定理   mgsinα•xm-BIl(xm-d)=0
       解得    xm=
BIld
BIl-mgsinα

答:(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热为4mgdsinα-BIld;(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1


2m(BIld-2mgdsinα)
+
2B2d3
R
mgsinα
;(3)经过足够长时间后,线框上边与磁场区域下边界的最大距离Χm
BIld
BIl-mgsinα
举一反三
如图,光滑圆弧轨道与水平轨道平滑相连.在水平轨道上有一轻质弹簧,右端固定在墙M上,左端连接一个质量为2m的滑块C.开始C静止在P点,弹簧正好为原长.在水平轨道上方O处,用长为L的细线悬挂一质量为m的小球B,B球恰好与水平轨道相切于D点,并可绕O点在竖直平面内运动.将质量为m的滑块A从距水平轨道3L高处由静止释放,之后与静止在D点的小球B发生碰撞,碰撞前后速度发生交换.经一段时间A与C相碰,碰撞时间极短,碰后粘在一起压缩弹簧,弹簧最大压缩量为
1
3
L
.P点左方的轨道光滑、右方粗糙,滑块A、C与PM段的动摩擦因数均为μ,A、B、C均可视为质点,重力加速度为g.求:
(1)滑块A与球B碰撞前瞬间的速度大小v0
(2)小球B运动到最高点时细线的拉力大小T;
(3)弹簧的最大弹性势能EP魔方格
题型:西城区一模难度:| 查看答案
如图所示,某要乘雪橇从雪坡经A点滑到B点,接着沿水平路面滑至C点停止.人与雪橇的总质量为70kg.右表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据,开始时人与雪橇距水平路面的高度h=20m,请根据表中的数据解决下列问题:
题型:南京模拟难度:| 查看答案
题型:萧山区模拟难度:| 查看答案
题型:南通模拟难度:| 查看答案
题型:不详难度:| 查看答案
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位置ABC
速度(m/s)2.012.00
时刻(s)04.010.0
如图所示,光滑曲线导轨足够长,固定在绝缘斜面上,匀强磁场B垂直斜面向上.一导体棒从某处以初速度v0沿导轨面向上滑动,最后又向下滑回到原处.导轨底端接有电阻R,其余电阻不计.下列说法正确的是(根据2010年山东省日照市测试题改编)(  )
A.滑回到原处的速率小于初速度大小v0
B.上滑所用时间大于下滑所用时间
C.上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量大小相等
D.上滑过程通过某位置的加速度大小等于下滑过程中通过该位置的加速度大小
魔方格
如图甲所示,MNCD为一足够长的光滑绝缘斜面,EFGH范围内存在方向垂直斜面的匀强磁场,磁场边界EF、HG与斜面底边MN(在水平面内)平行.一正方形金属框abcd放在斜面上,ab边平行于磁场边界.现使金属框从斜面上某处由静止释放,金属框从开始运动到cd边离开磁场的过程中,其运动的v-t图象如图乙所示.已知金属框电阻为R,质量为m,重力加速度为g,图乙中金属框运动的各个时刻及对应的速度均为已知量,求:

魔方格

(1)斜面倾角的正弦值和磁场区域的宽度;
(2)金属框cd边到达磁场边界EF前瞬间的加速度;
(3)金属框穿过磁场过程中产生的焦耳热.
质量为2千克的物体,放在动摩擦因数μ=0.1的水平面上,在水平拉力的作用下,由静止开始运动,水平拉力做的功W和物体发生的位移S之间的关系如图所示,则(  )
A.此物体在AB段做匀加速直线运动
B.此物体在AB段做匀速直线运动
C.此物体在0A段做匀加速直线运动
D.此物体在0A段做匀速直线运动
魔方格