(16分)如图所示,电阻不计且足够长的U型金属框架放置在绝缘水平面上,框架与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,框架的宽度l=0.4m、质量m1=0.2kg。质量m

(16分)如图所示,电阻不计且足够长的U型金属框架放置在绝缘水平面上,框架与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,框架的宽度l=0.4m、质量m1=0.2kg。质量m

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(16分)如图所示,电阻不计且足够长的U型金属框架放置在绝缘水平面上,框架与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,框架的宽度l=0.4m、质量m1=0.2kg。质量m2=0.1kg、电阻R=0.4Ω的导体棒ab垂直放在框架上,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小B=0.5T。对棒施加图示的水平恒力F,棒从静止开始无摩擦地运动,当棒的运动速度达到某值时,框架开始运动。棒与框架接触良好,设框架与水平面间最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,g取10m/s2。求:
(1)框架刚开始运动时棒的速度v
(2)欲使框架运动,所施加水平恒力F的最小值;
(3)若施加于棒的水平恒力F为3N,棒从静止开始运动0.7m时框架开始运动,求此过程
中回路中产生的热量Q
答案
(1)v=6m/s
(2)0.6N
(3)Q=0.3J
解析

(1)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小等于其所受的最大静摩擦力,故有
F=μm1+ m2g(2分)
F=BIL     (1分)
E=Blv        (1分)
     (1分)
解得v="6m/s   " (1分)
(2)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小等于其所受的最大静摩擦力,设此时加在ab上的恒力为F,应有FF,当F=F时,F最小(2分),设为Fmin
故有Fmin=μm1+ m2)g="0.6N    " (3分)
(3)根据能量转化和守恒定律,F做功消耗外界能量,转化为导体棒ab的动能和回路中产生的热量,
,(3分)
框架开始运动时,ab的速度v=6m/s
解得Q=0.3J(2分)
举一反三
如图所示,水平放置的U形金属框架中接有电源,电源的电动势为ε,内阻为r,框架上放置一质量为m、电阻为R的金属杆,它可以在框架上无摩擦地滑动,框架两边相距L,匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下.当ab杆受到水平向右恒力F后开始向右滑动,求:
(1)ab杆从静止开始向右滑动,启动时的加速度.
(2)ab杆可以达到的最大速度vmax
(3)ab杆达到最大速度vmax时电路中每秒放出的热量Q。
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如图所示桌面上有一铜制矩形线框,AB是线框的中轴线,OAB的中点。一条形磁铁水平匀速通过AB正上方的过程中,线框始终静止。则下列说法中正确的是
A.线框中产生的感应电流方向从上向下看是先顺时针后逆时针
B.线框始终受到向左的静摩擦力
C.条形磁铁经过O点正上方时,线框对桌面的压力与重力大小相等
D.线框产生的焦耳热与磁铁的速度大小有关

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如图14甲所示,足够长的金属导轨MNPQ与一阻值为R的电阻相连,平行  
地放在水平桌面上,质量为m的金属杆ab可以无摩擦地沿导轨运动.导轨与ab杆的电
阻不计,导轨宽度为L.磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过整个导轨平面.现给金属杆
ab一个初速度v0,使ab杆向右滑行.回答下列问题:

图14
(1)简述金属杆ab的运动状态,并在图乙中大致作出金属杆的vt图象;
(2)求出回路的最大电流值Im并指出金属杆中电流流向;
(3)当滑行过程中金属杆ab的速度变为v时,求杆ab的加速度a
(4)电阻R上产生的最大热量Qm.
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如图所示,两根平行金属导轨MN处于同一水平面内,电阻不计,相距0.2m,上边沿导轨垂直方向放一个质量为m=的金属棒abab的电阻为0.5Ω.两金属导轨左端通过电阻R和电源相连.电阻R=2Ω,电源电动势E=6V,电源内阻r=0.5Ω,如果在装置所在的区域加一个匀强磁场,使该磁场对ab棒的作用力与棒的重力平衡,求该磁场的磁感应强度的大小.(g=10m/s2
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如图所示,电源与竖直放置的光滑导轨相连,一金属导体棒靠在导轨外面,为使金属棒不动,我们在导轨所在空间内加磁场,则此磁场的方向可能是
A.垂直于导轨所在平面指向纸内
B.垂直于导轨所在平面指向纸外
C.平行于导轨所在平面向右
D.与导轨所在平面成60°角斜向下方,指向纸内

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