兩根足夠長的光滑平行直導軌MN、PQ與水平面成θ角放置，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻．一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直．整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面向上，導軌和金屬桿接觸良好，它們的電阻不計．現(xiàn)讓ab桿由靜止開始沿導軌下滑．
（1）求ab桿下滑的最大速度vm；
（2）ab桿由靜止釋放至達到最大速度的過程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q，求該過程中ab桿下滑的距離x及通過電阻R的電量q．
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（1）根據(jù)法拉第電磁感應定律和安培力公式有：
E=BLv   ①
I=
E
R
   ②
FA=BIL    ③
根據(jù)牛頓第二定律有：
mgsinθ-FA=ma   ④
聯(lián)立①②③④得：mgsinθ-
B2L2v
R
=ma
當加速度a為零時，速度v達最大，速度最大值：vm=
mgRsinθ
B2L2

故ab桿下滑的最大速度為vm=
mgRsinθ
B2L2
．
（2）根據(jù)能量守恒定律有：
mgxsinθ=
1
2
mvm2+Q
得x=
Q
mgsinθ
+
m2R2gsinθ
2B4L4

根據(jù)電磁感應定律有：
.
E
=
△φ
△t

根據(jù)閉合電路歐姆定律有：
 
.
I
=
.
E
R

感應電量：
q=
.
I
△t=
△φ
R
=
BLx
R

得：q=
BLQ
mgRsinθ
+
m2Rgsinθ
2B3L3

故過程中ab桿下滑的距離為x=
Q
mgsinθ
+
m2R2gsinθ
2B4L4
，通過電阻R的電量為q=
BLQ
mgRsinθ
+
m2Rgsinθ
2B3L3
．
練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖甲所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌相距l(xiāng)=0.4 m，導軌平面與水平面成θ=30°角，下端通過導線連接阻值R=0.5Ω的電阻．金屬棒ab阻值r=0.3Ω，質量m=0.2kg，放在兩導軌上，與導軌垂直并保持良好接觸．其余部分電阻不計，整個裝置處于垂直導軌平面向上的勻強磁場中．取g=10 m/s2．

（1）若磁場是均勻增大的勻強磁場，在開始計時即t=0時刻磁感應強度B0=2.0T，為保持金屬棒靜止，作用在金屬棒上平行斜面向上的外力F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，求磁感應強度B隨時間t變化的關系．
（2）若磁場是磁感應強度大小恒為B1的勻強磁場，通過額定功率P=10W的小電動機對金屬棒施加平行斜面向上的牽引力，使其從靜止開始沿導軌做勻加速度直線運動，經(jīng)過
87
s電動機達到額定功率，此后電動機功率保持不變，金屬棒運動的v-t圖象如圖丙所示．試求磁感應強度B1的大小和小電動機剛達到額定功率時金屬棒的速度v1的大��？

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2011?上海模擬）如圖甲所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌相距為L=0.40m，導軌平面與水平面成θ=30？角，上端和下端通過導線分別連接阻值R1=R2=1.2Ω的電阻，質量為m=0.20kg、阻值為r=0.20Ω的金屬棒ab放在兩導軌上，棒與導軌垂直且保持良好接觸，整個裝置處在垂直導軌平面向上的磁場中，取重力加速度g=10m/s2．若所加磁場的磁感應強度大小恒為B，通過小電動機對金屬棒施加力，使金屬棒沿導軌向上做勻加速直線運動，經(jīng)過0.5s電動機的輸出功率達到10W，此后保持電動機的輸出功率不變，金屬棒運動的v-t圖如圖乙所示，試求：
（1）磁感應強度B的大小；
（2）在0-0.5s時間內金屬棒的加速度a的大�。�
（3）在0-0.5s時間內電動機牽引力F與時間t的關系；
（4）如果在0-0.5s時間內電阻R1產(chǎn)生的熱量為0.135J，則這段時間內電動機做的功．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2011?黃浦區(qū)一模）如圖（a）所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌相距為l，導軌平面與水平面成θ角，下端通過導線連接的電阻為R．質量為m、阻值為r的金屬棒ab放在兩導軌上，棒與導軌垂直并始終保持良好接觸，整個裝置處于垂直導軌平面向上的磁場中．
（1）若金屬棒距導軌下端距離為d，磁場隨時間變化的規(guī)律如圖（b）所示，為保持金屬棒靜止，求加在金屬棒中央、沿斜面方向的外力隨時間變化的關系．
（2）若所加磁場的磁感應強度大小恒為B′，通過額定功率Pm的小電動機對金屬棒施加沿斜面向上的牽引力，使其從靜止開始沿導軌做勻加速直線運動，經(jīng)過時間t1電動機達到額定功率，此后電動機功率保持不變．金屬棒運動的v-t圖象如圖（c）所示．求磁感應強度B′的大小．
（3）若金屬棒處在某磁感應強度大小恒定的磁場中，運動達到穩(wěn)定后的速度為v，在D位置（未標出）處突然撤去拉力，經(jīng)過時間t2棒到達最高點，然后沿軌道返回，在達到D位置前已經(jīng)做勻速運動，其速度大小為
15
v，求棒在撤去拉力后所能上升的最大高度．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2008?東莞模擬）如圖（a）所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌相距為L，導軌平面與水平面成θ角，上端通過導線連接阻值為R的電阻，阻值為r的金屬棒ab放在兩導軌上，棒與導軌垂直并保持良好接觸，整個裝置處在垂直導軌平面向上的磁場中，若所加磁場的磁感應強度大小恒為B，使金屬棒沿導軌由靜止向下運動，金屬棒運動的v-t圖象如圖（b）所示，當t=t0時刻，物體下滑距離為s．已知重力加速度為g，導軌電阻忽略不計．試求：
（1）金屬棒ab勻速運動時電流強度I的大小和方向；
（2）導體棒質量m；
（3）在t0時間內電阻R產(chǎn)生的焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ間距離L=0.5m，其電阻不計，兩導軌及其構成的平面與水平面成30°角．完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導軌放置，且都與導軌始終有良好接觸．已知兩金屬棒質量均為m=0.02kg，電阻相等且不可忽略．整個裝置處在垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.2T，金屬棒ab在平行于導軌向上的力F作用下，沿導軌向上勻速運動，而金屬棒cd恰好能夠保持靜止．取g=10m/s2，求：
（1）通過金屬棒cd的電流大小、方向；
（2）金屬棒ab受到的力F大��；
（3）若金屬棒cd的發(fā)熱功率為0.1W，金屬棒ab的速度．

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