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        1. 如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=1m,電阻R1=3Ω,R2=1.5Ω,導(dǎo)軌上放一質(zhì)量m=1kg的金屬桿,長度與金屬導(dǎo)軌等寬,與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.8T的勻強磁場中,磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下,現(xiàn)用一拉力F沿水平方向拉桿,使金屬桿由靜止開始運動.圖乙所示為通過R1中的電流平方隨時間變化的I12-t圖線,求:
          (1)5s末金屬桿的動能;
          (2)5s末安培力的功率;
          (3)5s內(nèi)拉力F做的功.

          【答案】分析:(1)由乙讀出I12,得到電流I1,由電路中并聯(lián)電路關(guān)系求出干路中電流,由閉合電路歐姆定律求得感應(yīng)電動勢,由E=BLv求出金屬桿的速度,即可求得其動能;
          (2)由F=BIL求出桿所受的安培力FA,5s末安培力的功率PA=FAv.
          (3)根據(jù)乙圖的“面積”求出I12t,由焦耳定律Q1=I12R1t求出R1產(chǎn)生的焦耳熱,得到整個電路產(chǎn)生的總焦耳熱,再根據(jù)由動能定理求拉力做功.
          解答:解:(1)5s末:I1==2A
          電路中:I1:I2=R2:R1=1:2,
          干路電流I=3I1=3×2=6A  
          E=BLv=I(R+r)       
          金屬桿的速度v===15m/s  
          5s末金屬桿的動能Ek==112.5J
          (2)解法一:FA=BIL=0.8×6×1=4.8N
          5s末安培力的功率PA=FAv=4.8×15=72W
          解法二:P1:P2:Pr=1:2:3
          則得PA=6P1=6I12R1=72W 
          (3)解法一:Q1=I12R1t,根據(jù)圖線,I12t即為圖線與時間軸包圍的面積
          又P1:P2:Pr=1:2:3
          所以WA=6Q1=6××4×5×3=180 J   
          由動能定理,得WF-WA=△Ek   
          5s內(nèi)拉力F做的功WF=WA+△Ek=180+112.5=292.5 J   
          解法二:由PA=6I12R1和圖線可知,PA正比于t  
          所以WA==×72×5=180J
          由動能定理,得WF-WA=△Ek  
          5s內(nèi)拉力F做的功WF=WA+△Ek=180+112.5=292.5 J 
          答:
          (1)5s末金屬桿的動能是112.5J;
          (2)5s末安培力的功率是72W;
          (3)5s內(nèi)拉力F做的功是292.5J.
          點評:本題整合了電路、力學(xué)和電磁感應(yīng)中:歐姆定律、焦耳定律、動能定理等等多個知識點,還要理解圖象的物理意義,綜合性較強.
          練習(xí)冊系列答案
          相關(guān)習(xí)題

          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.30m.導(dǎo)軌電阻忽略不計,其間連接有固定電阻R=0.40Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m=0.10kg、電阻r=0.20Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.50T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下.用一外力
          F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,獲得電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示.
          (1)試證明金屬桿做勻加速直線運動,并計算加速度的大。
          (2)求第2s末外力F的瞬時功率;
          (3)如果水平外力從靜止開始拉動桿2s所做的功W=0.35J,求金屬桿上產(chǎn)生的焦耳熱.

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.3m.導(dǎo)軌電阻忽略不計,其間連接有固定電阻R=0.4Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.2Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.5T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下.利用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始運動做勻加速直線運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,獲得電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示.
          (1)求金屬桿的瞬時速度隨時間變化的表達式;
          (2)求第2s末外力F的大小;
          (3)如果水平外力從靜止起拉動桿2s所做的功為1.2J,求整個回路中產(chǎn)生的焦耳熱是多少.

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.30m.導(dǎo)軌電阻忽略不計,其間連接有固定電阻R=0.40Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m=0.10kg、電阻r=0.20Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.50T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下.用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,獲得電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示.
          (1)試證明金屬桿做勻加速直線運動,并計算加速度的大;
          (2)求第2s末外力F的瞬時功率;
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          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面間的傾角θ=30°,兩導(dǎo)軌間距L=0.3m.導(dǎo)軌電阻忽略不計,其間連接有阻值R=0.4Ω的固定電阻.開始時,導(dǎo)軌上固定著一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.2Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=0.5T的勻強磁場中,磁場方向垂直導(dǎo)軌面向下.現(xiàn)拆除對金屬桿ab的約束,同時用一平行金屬導(dǎo)軌面的外力F沿斜面向上拉金屬桿ab,使之由靜止開始向上運動.電壓采集器可將其兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,獲得的電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示.
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          求:
          (1)在t=2.0s時通過金屬桿的感應(yīng)電流的大小和方向;
          (2)金屬桿在2.0s內(nèi)通過的位移;
          (3)2s末拉力F的瞬時功率.

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.2m,電阻R=0.4Ω,導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量為m=0.1kg,電阻為r=0.1Ω的金屬桿ab,導(dǎo)軌的電阻不計,整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B=0.5T的勻強磁場中,磁場的方向豎直向下.現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿,使之由靜止開始運動,若理想電壓表示數(shù)U隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示.
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          求:(1)運動速度隨時間t的變化關(guān)系式;
          (2)金屬桿運動的加速度;
          (3)第5秒末外力F的功率.

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