（10分）如圖所示，一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距L=0.5m，左端接有阻值R=0.3Ω的電阻，一質(zhì)量m=0.1kg，電阻r=0.1Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B=0.4T，棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始做勻加速直線運動，當(dāng)棒運動的位移x=9m時速度達到6m/s，此時撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1：Q2=2:1，導(dǎo)軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，求
 
(1) 棒在勻加速運動過程中，通過電阻R的電荷量q
(2) 金屬棒MN做勻加速直線運動所需外力隨時間變化的表達式
(3) 外力做的功WF
（1）4.5C（2）F＝0.2＋0.2t （3）5.4J

試題分析：（1）設(shè)棒勻加速運動的時間為Δt，回路的磁通量變化量為ΔΦ，回路中的平均感應(yīng)電動勢為，由法拉第電磁感應(yīng)定律得＝ 
其中ΔΦ＝Blx
設(shè)回路中的平均電流為，由閉合電路的歐姆定律得＝
則通過電阻R的電荷量為q＝Δ
聯(lián)立①②③④式，代入數(shù)據(jù)得q＝4.5 C
（2）)設(shè)撤去外力時棒的速度為v，對棒的勻加速運動過程，由運動學(xué)公式v2＝2ax
得a＝2 m/s2
E＝Blv
I=E/(R+r)
由安培力公式和牛頓第二定律得F－BIl＝ma
得F＝0.2＋0.2t
（3）撤去外力后棒在安培力作用下做減速運動，安培力做負(fù)功先將棒的動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電流做功將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以焦耳熱等于棒的動能減少。有
Q2=ΔEK=mv2/2=1.8J
根據(jù)題意在撤去外力前的焦耳熱為Q1= Q2=3.6J
撤去外力前拉力做正功、安培力做負(fù)功（其大小等于焦耳熱Q1）、重力不做功共同使棒的動能增大，根據(jù)動能定理有ΔEK=WF-Q1
則ΔEK=WF=Q1+ΔEK=5.4J
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

下列裝置中利用電磁感應(yīng)原理工作的是（  ）
A．電動機 B．發(fā)電機 C．電磁鐵 D．電磁繼電器

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖所示,一個邊長為l、總電阻為R的單匝等邊三角形金屬線框, 在外力的作用下以速度v勻速穿過寬度均為l的兩個有界勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B，方向相反．線框運動方向始終與底邊平行且與磁場邊界垂直．取順時針方向的電流為正，從圖示位置開始，線框中的感應(yīng)電流i與線框沿運動方向的位移x之間的函數(shù)圖象是

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖甲所示，固定在絕緣水平地面上的平行金屬導(dǎo)軌間距為，左端用導(dǎo)線相連。質(zhì)量為，電阻為的金屬棒垂直導(dǎo)軌靜止在導(dǎo)軌平面上，金屬棒與導(dǎo)軌左端的距離，金屬棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為，導(dǎo)與線導(dǎo)軌的電阻均不計�，F(xiàn)將整個裝置置于垂直于軌道平面豎直向上的磁場中，磁感應(yīng)強度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示。設(shè)金屬棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，忽略金屬棒與導(dǎo)軌上電流之間的相互作用，。求：

（1）金屬棒未出現(xiàn)滑動之前，通過金屬棒中電流的大小和方向；
（2）從時刻開始到金屬棒剛要發(fā)生滑動的過程中，金屬棒產(chǎn)生的熱量。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（12分）如圖所示，在勻強磁場中有一個“n”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝ T(磁場無限大)，線框的CD邊長為l1＝20 cm，CE、DF邊長均為l2＝10 cm，線圈電阻r＝1 Ω，轉(zhuǎn)速為50 r/s. 外電路電阻R＝4 Ω，若從圖示位置開始計時，

(1)轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值；
(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過60°角時的瞬時感應(yīng)電動勢；
(3)交流電壓表的示數(shù)；
(4)周期內(nèi)通過R的電荷量為多少？

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（15分）如圖所示，足夠長平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5 m，電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1 Ω。質(zhì)量為0.2 kg的導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置，距離頂端1m，接入電路的電阻為1Ω，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.5。在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。先固定導(dǎo)體棒MN，2s后讓MN由靜止釋放，運動一段時間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光。重力加速度g取10 m/s2，sin37°＝0.6。求

（1）1s時流過小燈泡的電流大小和方向；
（2）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時消耗的電功率；
（3）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時導(dǎo)體棒MN運動的速度。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖甲所示，平行光滑導(dǎo)軌AB、CD傾斜放置，與水平面間的夾角為，間距為L，導(dǎo)軌下端B、C間用電阻R=2r相連。一根質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒MN垂直放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌接觸良好，方向始終平行于水平地面。在導(dǎo)軌間的矩形區(qū)域EFGH內(nèi)存在長度也為L、垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。t=0時刻由靜止釋放導(dǎo)體棒MN，恰好在t1時刻進入磁場EFGH并做勻速直線運動。求：

（1）導(dǎo)體棒MN進入磁場前，電阻R兩端的電壓U；
（2）導(dǎo)體棒MN在磁場中勻速運動時的速度v和勻速運動過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

有一個1000匝的線圈，在0.4 s內(nèi)通過它的磁通量從0.01 Wb增加到0.09 Wb。

（1）求線圈中的感應(yīng)電動勢
（2）如果線圈的總電阻為 r="10" Ω，把一個R="990" Ω的電阻連接在線圈的兩端如圖，求：閉合電鍵后，通過電阻R的電流

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖甲所示，水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d=0．5m，導(dǎo)軌左端通過導(dǎo)線與阻值為2Ω的電阻R連接，右端通過導(dǎo)線與阻值為4Ω的小燈泡L連接。在矩形區(qū)域CDFE內(nèi)有豎直向上的勻強磁場，CE長為2m，CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示，在t=0時，一阻值為2Ω的金屬棒在水平恒力F作用下由靜止開始從AB位置沿導(dǎo)軌向右運動，在金屬棒從AB位置運動到EF位置的過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化，求：

（1）通過小燈泡的電流大小  
（2）恒力F的大小  
（3）4s末金屬棒的速度大小   
（4）金屬棒的質(zhì)量

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