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10.如圖所示,MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌,其間距為L,導(dǎo)軌彎曲部分光滑,平直部分粗糙,二者平滑連接.右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻.平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場.質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高度為h處靜止釋放,到達(dá)磁場右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好.則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中( �。�
A.金屬棒的最大電壓為12BL2gh
B.金屬在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2dgh
C.克服安培力所做的功為mgh
D.右端的電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為12(mgh-μmgd)

分析 金屬棒在彎曲軌道下滑時(shí),只有重力做功,機(jī)械能守恒,由機(jī)械能守恒定律或動(dòng)能定理可以求出金屬棒到達(dá)水平面時(shí)的速度,由E=BLv求出感應(yīng)電動(dòng)勢.金屬棒進(jìn)入水平導(dǎo)軌后做減速運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢減小,所以金屬棒剛進(jìn)入水平導(dǎo)軌時(shí)電壓最大.由串聯(lián)電路分壓規(guī)律求出最大電壓;根據(jù)牛頓第二定律和加速度的定義式結(jié)合求時(shí)間.克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱,由動(dòng)能定理(或能量守恒定律)可以求出克服安培力做功,得到導(dǎo)體棒產(chǎn)生的焦耳熱.

解答 解:A、金屬棒在下滑過程中,由機(jī)械能守恒定律得:mgh=12mv2,則得金屬棒到達(dá)水平面時(shí)的速度 v=2gh
金屬棒進(jìn)入磁場后受到向左的安培力和摩擦力而做減速運(yùn)動(dòng),則金屬棒剛到達(dá)水平面時(shí)的速度最大,所以最大感應(yīng)電動(dòng)勢為 E=BLv
金屬棒的最大電壓為 U=12E=12BL2gh.故A正確;
B、金屬棒在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),取向右為正方向,根據(jù)牛頓第二定律得:
-μmg-B2L2v2R=ma=mvt
即得-μmg△t-B2L2v2R△t=m△v
兩邊求和得:(-μmg△t-B2L2v2R△t)=m△v
則得-μmgt-B2L2d2R=0-mv
解得金屬在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t=m2ghB2L2d2Rμmg.故B錯(cuò)誤.
C、金屬棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,由動(dòng)能定理得:mgh-WB-μmgd=0-0,則克服安培力做功:WB=mgh-μmgd,故C錯(cuò)誤;
D、克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱,電阻與導(dǎo)體棒電阻相等,通過它們的電流相等,則金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱:QR=12Q=12WB=12(mgh-μmgd),故D正確.
故選:AD

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵是運(yùn)用積分法求金屬棒在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,其切入點(diǎn)是牛頓第二定律和瞬時(shí)加速度的定義式.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

20.物理學(xué)史上是哪位科學(xué)家、由于哪項(xiàng)貢獻(xiàn)而人們稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”(  )
A.阿基米德,發(fā)現(xiàn)了杠桿原理B.牛頓,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律
C.伽利略,測出了重力加速度的值D.卡文迪許,測出了萬有引力常量

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

1.如圖所示.一電場的電場線分布關(guān)于y軸(沿豎直方向)對稱,O、M、N是y軸上的三個(gè)點(diǎn),且OM=MN,P點(diǎn)在y軸的右側(cè),MP⊥ON,則(  )
A.將負(fù)電荷由O點(diǎn)移動(dòng)到P點(diǎn),電場力做正功
B.M、N 兩點(diǎn)間的電勢差大于O、M兩點(diǎn)間的電勢差
C.M點(diǎn)的電勢與P點(diǎn)的電勢相同
D.在O點(diǎn)靜止釋放一帶正電粒子,該粒子將沿y軸做直線運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

18.運(yùn)動(dòng)員從B→C→D的過程中( �。�
A.B→C的過程,運(yùn)動(dòng)員處于超重狀態(tài)
B.C→D的過程,運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)
C.B→C運(yùn)動(dòng)員減少的重力勢能等于彈性繩增加的彈性勢能
D.C→D的過程,運(yùn)動(dòng)員做加速度增加的減速運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

5.如圖所示,在火星與木星軌道之間有一小行星帶,假設(shè)該帶中的小行星只受到太陽的引力,并繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說法中正確的是(  )
A.各小行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期均相等
B.小行星帶內(nèi)側(cè)行星的加速度大于外側(cè)行星的加速度
C.與太陽距離相等的每一顆小行星,受到太陽的引力大小都相等
D.小行星帶內(nèi)各行星繞太陽公轉(zhuǎn)的線速度均大于地球公轉(zhuǎn)的線速度

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

15.如圖所示,在光滑水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy,一質(zhì)點(diǎn)在該平面內(nèi)O點(diǎn)受沿x正方向、大小為F的力的作用由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng).經(jīng)過時(shí)間t,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),A、O兩點(diǎn)間的距離為L;在A點(diǎn)作用力突然變?yōu)檠貀軸正方向,大小仍為F,再經(jīng)過時(shí)間t,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn);在B點(diǎn)將作用力的方向始終與速度方向垂直且改變作用力的大小,使質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)以L為半徑、圓心為O,做勻速圓周運(yùn)動(dòng).求:
(1)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m;
(2)質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F2;
(3)從B點(diǎn)開始計(jì)時(shí),質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至距y軸最遠(yuǎn)的距離L2及所用的時(shí)間t2

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

2.電池組的電動(dòng)勢為3V,內(nèi)阻是0.2Ω,在外電路開路時(shí),電路中的電流和端電壓分別是(  )
A.15A,3VB.0,3VC.15A,0D.0,0

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

12.如圖所示,帶有等量異種電荷相距10cm的平行板A和B之間有一個(gè)勻強(qiáng)電場,其中A板接地,電場強(qiáng)度E=2×102V/m,方向向下,電場中C點(diǎn)距B板3cm,D點(diǎn)距A板4cm,現(xiàn)將A板向下移動(dòng)2cm,則( �。�
A.C、D兩點(diǎn)間的電勢差的變化量△UCD=1.5V
B.C、D兩點(diǎn)的電勢都升高
C.將一個(gè)電子放在D點(diǎn),在A板下移的過程中電場力對電子做的功為4eV
D.A板下移后,一個(gè)電子從C點(diǎn)移動(dòng)到D點(diǎn),電場力對電子做的功為-6eV

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

13.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法中正確的是(  )
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是正電荷在該處的受力方向
B.磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量
C.磁感應(yīng)強(qiáng)度沿磁感線方向逐漸減小
D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中受力的方向

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