19.如圖,水平桌面上固定有光滑金屬導軌MN、PQ,它們的夾角為45°,導軌的右端點N、Q通過細導線與導體棒cd連接,在水平導軌MN、PQ上有一根質量M=0.8kg的足夠長的金屬棒ab垂直于導軌PQ,初始位置與兩根導軌的交點為E、F,且E、F之間的距離為L1=4m,水平導軌之間存在豎直向上的勻強磁場,磁感應強度B1=0.5T,導體棒cd水平放置,處于勻強磁場B2中,勻強磁場B2水平且垂直導體棒cd向內(nèi),B2=0.3T,導體棒cd的質量m=0.1kg,長l0=0.5m,電阻R=1.5Ω,其他電阻均不計,不計細導線對c、d點的作用力,金屬棒ab在外力的作用下從EF處以一定的初速度向右做直線運動,導體棒cd始終保持靜止,取g=10m/s2,求:
(1)金屬棒ab在EF處的速度v1;
(2)金屬棒ab從EF處向右運動距離d=2m的過程中通過ab的電荷量q和需要的時間t;
(3)金屬棒ab從EF處向右運動距離d=2m外力做的功W.

分析 (1)導體棒cd處于平衡狀態(tài),根據(jù)共點力的平衡條件結合閉合電路的歐姆定律、法拉第電磁感應定律求解;
(2)根據(jù)法拉第電磁感應定律和閉合電路歐姆定律求解通過ab的電荷量q和需要的時間t;
(3)根據(jù)焦耳定律計算該過程中導體棒cd中產(chǎn)生的焦耳熱,根據(jù)功能關系可得外力做的功W.

解答 解:(1)金屬棒ab切割磁感應線產(chǎn)生的感應電動勢為:
E=B1L1v1
導體棒cd的電流為:I=$\frac{E}{R}$,
導體棒cd處于平衡狀態(tài),有:
B2Il0=mg,
聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得:v1=5m/s;
(2)由于導體棒cd始終靜止,所以金屬棒ab運動的過程中,感應電流不變,感應電動勢不變,根據(jù)法拉第電磁感應定律可得:
E=$\frac{△Φ}{t}$=$\frac{{B}_{1}△S}{t}$,
通過ab的電荷量為:q=It=$\frac{E}{R}t$=$\frac{△Φ}{R}=\frac{{B}_{1}△S}{R}$,
向右運動距離d=2m時切割磁感應線的有效長度為:
L2=$\frac{1}{2}{L}_{1}=2m$,
△S=$\frac{1}{2}({L}_{1}+{L}_{2})d=6{m}^{2}$,
解得:q=2C,t=0.3s;
(3)該過程中導體棒cd中產(chǎn)生的焦耳熱為:Q=I2Rt=$\frac{{E}^{2}}{R}t$,
代入數(shù)據(jù)解得:Q=20J;
金屬棒從EF處向左運動距離d=20m時,有:E=B1L2v2
可得此時的速度為:v2=10m/s,
該過程中根據(jù)功能關系可得:W=Q+$\frac{1}{2}M{v}_{2}^{2}-\frac{1}{2}M{v}_{1}^{2}$,
解得:W=50J.
答:(1)金屬棒ab在EF處的速度為5m/s;
(2)金屬棒ab從EF處向右運動距離d=2m的過程中通過ab的電荷量q為2C,需要的時間t為0.3s;
(3)金屬棒ab從EF處向右運動距離d=2m外力做的功為50J.

點評 對于電磁感應問題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,重點是分析安培力作用下物體的平衡問題;另一條是能量,分析電磁感應現(xiàn)象中的能量如何轉化是關鍵.

練習冊系列答案
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9.如圖所示,虛線框內(nèi)為某種電磁緩沖車的結構示意圖,其主要部件為緩沖滑塊K和質量為m的緩沖車廂.在緩沖車廂的底板上,沿車的軸線固定著兩個光滑水平絕緣導軌PQ、MN,緩沖車廂的底部安裝電磁鐵(未畫出),能產(chǎn)生垂直于導軌平面向下的勻強磁場,磁場的磁感應強度大小為B.導軌內(nèi)的緩沖滑塊K由高強度絕緣材料制成,滑塊K上繞有閉合矩形線圈abcd,線圈的總電阻為R、匝數(shù)為n,ab邊長為L.假設緩沖車廂以速度v0與障礙物C碰撞后,滑塊K立即停下,而緩沖車廂繼續(xù)向前移動距離L后速度為零.已知緩沖車廂與障礙物、緩沖車廂與線圈的ab邊均沒有接觸,不計一切摩擦阻力.在這個緩沖過程中,下列說法正確的是( 。
A.線圈中的感應電流沿逆時針方向(俯視),且最大感應電流為$\frac{nBL{v}_{0}}{R}$
B.軌道受到的磁場作用力使緩沖車廂減速運動,從而實現(xiàn)緩沖
C.此過程中,通過線圈abcd的電荷量為$\frac{nB{L}^{2}}{R}$
D.此過程中,線圈abcd產(chǎn)生的焦耳熱為$\frac{1}{2}$mv02

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

10.如圖所示,一質量M=1.2kg的物塊靜止在桌面邊緣.桌面離地面的高度h=1.8m,一質量m=20g的子彈以水平速度v0=200m/s射人物塊,并在很短的時間內(nèi)水平穿出,已知物塊落地點離桌面邊緣的水平距離x=1.2m,g取10m/s2.求:
(1)物塊從桌面飛出時的速度的大小vM
(2)子彈穿出物塊時的速度大小vm
(3)子彈在穿過物塊的過程中,系統(tǒng)損失的機械能△E.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

7.已知地球自轉的角速度為7.29×10-5rad/s,月球到地球中心的距離為3.84×108 m.在地球表面發(fā)射衛(wèi)星的第一宇宙速度為7.9×103 m/s,第二宇宙速度為11.2×103 m/s,第三宇宙速度為16.7×103 m/s,假設地球上有一棵蘋果樹長到了接近月球那么高,則當蘋果脫離蘋果樹后,將( 。
A.飛向茫茫宇宙B.成為地球的同步“蘋果衛(wèi)星”
C.成為地球的“蘋果月亮”D.落向地面

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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題

14.(1)在用單擺測定重力加速度的實驗中,下列措施中必要的或做法正確的是BCD.
A、為了便于計時觀察,單擺的擺角越大越好
B、擺球不能太短
C、擺球為密度較大的實心金屬小球
D、測量周期時,單擺全振動的次數(shù)盡可能多些
E、將擺球和擺線平放在桌面上,拉直后用米尺測出擺球球心到擺線某點O間的長度作為擺長,然后將擺線從O點吊起
(2)某同學在一次測量單擺重力加速度的實驗中,測量5種不同擺長與單擺的振動周期的對應情況,并將記錄的結果描繪在如圖所示的坐標系中,圖中各坐標點的標號分別對應實驗中5種不同擺長的情況,在處理數(shù)據(jù)時,該同學實驗中的第4點應當舍棄,由該同學得到的T2-l圖線求重力加速度時,需首先求出圖線的斜率k,則用斜率k求重力加速度的表達式為g=$\frac{4{π}^{2}}{k}$.

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

4.我們知道:電流周圍有磁場.圖1所示為環(huán)形電流周圍磁場的分布情況.根據(jù)電磁學理論可知,半徑為R、電流強度為I的環(huán)形電流中心處的磁感應強度大小B=k$\frac{I}{R}$,其中k為已知常量.

(1)正切電流計是19世紀發(fā)明的一種儀器,它可以利用小磁針的偏轉來測量電流.圖2為其結構示意圖,在一個豎直放置、半徑為r、匝數(shù)為N的圓形線圈的圓心O處,放一個可以繞豎直軸在水平面內(nèi)轉動的小磁針(帶有分度盤).線圈未通電流時,小磁針穩(wěn)定后所指方向與地磁場水平分量的方向一致,調(diào)整線圈方位,使其與靜止的小磁針在同一豎直平面內(nèi).給線圈通上待測電流后,小磁針偏轉了α角.已知儀器所在處地磁場的磁感應強度水平分量大小為Bc.求:
a.待測電流在圓心O處產(chǎn)生的磁感應強度B0的大。
b.待測電流Ix的大。
(2)電流的本質是電荷的定向運動,電流可以產(chǎn)生磁場意味著運動的電荷也可以產(chǎn)生磁場.如圖3所示,一個電荷量為q的點電荷以速度v運動,這將在與速度垂直的方向上、與點電荷相距為d的A點產(chǎn)生磁場.請你利用上面電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律,自己構建模型,求出該點電荷在此時的運動將在A點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小BA

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

11.如圖所示,一個質量為m、電阻不計、足夠長的光滑U形金屬框架MNQP,位于光滑絕緣水平桌面上,平行導軌MN和PQ相距為L.空間存在著足夠大的方向豎直向下的勻強磁場,磁感應強度的大小為B.另有質量也為m的金屬棒CD,垂直于MN放置在導軌上,并用一根絕緣細線系在定點A.已知,細線能承受的最大拉力為T0,CD棒接入導軌間的有效電阻為R.現(xiàn)從t=0時刻開始對U形框架施加水平向右的拉力,使其從靜止開始做加速度為a的勻加速直線運動.

(1)求從框架開始運動到細線斷裂所需的時間t0及細線斷裂時框架的瞬時速度v0大。
(2)若在細線斷裂時,立即撤去拉力,求此后過程中回路產(chǎn)生的總焦耳熱Q.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

8.根據(jù)玻爾原子結構理論,氦離子(He+)的能級圖如圖所示.當某個He+處在n=4的激發(fā)態(tài)時,由于躍遷所釋放的光子不可能有( 。
A.1個B.2個C.3個D.6個

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

7.如圖所示,間距為L平行且足夠長的光滑導軌由兩部分組成:傾斜部分與水平部分平滑相連,傾角為θ,在傾斜導軌頂端連接一阻值為r的定值電阻.質量為m、電阻也為r的金屬桿MN垂直導軌跨放在導軌上,在傾斜導軌區(qū)域加以垂直導軌平面向下、磁感應強度為B的勻強磁場;在水平導軌區(qū)域加另一垂直軌道平面向下、磁感應強度也為B的勻強磁場.閉合開關S,讓金屬桿MN從圖示位置由靜止釋放,已知金屬桿運動到水平軌道前,已達到最大速度,不計導軌電阻且金屬桿始終與導軌接觸良好,重力加速度為g.求:
(1)金屬桿MN在傾斜導軌上滑行的最大速率vm;
(2)金屬桿MN在傾斜導軌上運動,速度未達到最大速度vm前,當流經(jīng)定值電阻的電流從零增大到I0的過程中,通過定值電阻的電荷量為q,求這段時間內(nèi)在定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(3)金屬桿MN在水平導軌上滑行的最大距離xm

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