高三物理解答题中等难度题
如图所示,长度均为l、电阻均为R的两导体杆ab、cd,通过两条足够长的不可伸缩的轻质柔软导线连接起来(导线电阻不计),形成闭合回路,并分别跨过两个间距为l的定滑轮,使ab水平置于倾角为θ的足够长绝缘斜面上,cd水平悬挂于竖直平面内。斜面上的空间内存在垂直斜面向上的磁感应强度为B的匀强磁场,cd杆初始位置以下的空间存在水平向左的磁感应强度也为B的匀强磁场。ab、cd杆质量均为m,ab杆与斜面间的动摩擦因数为μ,不计滑轮的一切阻力。
(1)若由静止释放,cd将向下运动,并带动ab沿斜面向上运动,当它们速率为v时,回路中的电流大小是多少?
(2)若由静止释放,当cd下落h高度时,恰好达到最大速度vm,这一过程回路电流产生的电热为多少?
(3)t0=0时刻开始计时,若要cd带动ab从静止开始沿斜面向上做匀加速直线运动,加速度为a(a<g),则在ab杆上需要施加的平行斜面的外力F与作用时间t应满足什么条件?
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(12分)如图所示,两根质量均为m、电阻均为R、长度均为l的导体棒a、b,用两条等长的、质量和电阻均可忽略的、不可伸长的柔软长直导线连接后,b放在距地面足够高的光滑绝缘水平桌面上,a靠在桌子的光滑绝缘侧面上;两根导体棒均与桌子边缘平行。整个空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度为B。开始时两棒静止,自由释放后开始运动,导体棒a在落地前就已匀速运动,此时导体棒b仍未离开桌面。已知两条导线除桌边拐弯处外其余部位均处于伸直状态,导线与桌子侧棱间无摩擦。
(1)试求导体棒匀速运动时的速度大小。
(2)从自由释放到刚匀速运动的过程中,若通过导体棒横截面的电荷量为q,求该过程中系统产生的焦耳热。
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连接体问题在物理中很重要,下面分析一个情景:如右图所示,两根金属杆AB和CD的长度均为L,电阻均为R,质量分别为3m和m(质量均匀分布),用两根等长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,悬跨在绝缘的、光滑的水平圆棒两侧,AB和CD处于水平。在金属杆AB的下方有高度为H的水平匀强磁场,磁感强度的大小为B,方向与回路平面垂直,此时CD处于磁场中。现从静止开始释放金属杆AB,经过一段时间(AB、CD始终水平),在AB即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆CD还处于磁场中,在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热为Q. 重力加速度为g,试求:
(1)金属杆AB即将进入磁场上边界时的速度v1.
(2)在此过程中金属杆CD移动的距离h和通过导线截面的电量q.
(3)设金属杆AB在磁场中运动的速度为v2,通过计算说明v2大小的可能范围.
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如图所示,三块一样的蹄形磁铁并排放置在祖糙水平桌面上,S极在上,N极在下,导体棒AB单位长度的电阻为R,导体棒所在位置的磁感应强度相同。可通过1、2、3、4四条电阻不计的柔软细导线与电动势为E、内阻为r的电源相连,相邻两条细导线间的导体棒长度相同。下列说法正确的是
A. 1接电源负极,2接电源正极,导体棒向外摆
B. 对调磁铁N极与S极的位置的同时改变电流方向,导体棒的摆动方向改变
C. 1、4接电源瞬间导体棒所受磁场的作用力是2、3接电源瞬间的3倍
D. 通电瞬间,桌面对磁铁的作用力比没通电时大
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如图所示,两根粗细均匀的金属杆AB和CD的长度均为L,电阻均为R,质量均为m,用两等长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,悬跨在绝缘的、水平光滑的圆棒两侧,AB和CD处于水平。在金属杆AB的下方有高度为H的水平匀强磁场,磁感强度的大小为B,方向与回路平面垂直,此时CD处于磁场中。现从静止开始释放金属杆AB施加F=2mg的恒力,AB下落一段距离h后,在AB即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆CD还处于磁场中,重力加速度为g,试求:
(1)金属杆AB即将进入磁场上边界时的速度v1;
(2)在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热Q和通过导线截面的电量q;
(3)设金属杆AB在磁场中运动的速度为v2,通过计算说明v2大小的可能范围;
(4)依据第(3)问的结果,请定性画出金属杆AB在穿过整个磁场区域的过程中可能出现的速度-时间图象(v-t)图(任画一个可能图象)。
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如图所示,两根粗细均匀的金属杆AB和CD的长度均为L,电阻均为R,质量分别为3m和m,用两根等长的、质量和电阻均不计的、不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,悬跨在绝缘的、水平光滑的圆棒两侧,AB和CD处于水平。在金属杆AB的下方有高度为H的水平匀强磁场,磁感强度的大小为B,方向与回路平面垂直,此时CD处于磁场中。现从静止开始释放金属杆AB,经过一段时间(AB、CD始终水平),在AB即将进入磁场的上边界时,其加速度为零,此时金属杆CD还处于磁场中,在此过程中金属杆AB上产生的焦耳热为Q. 重力加速度为g,试求:
(1)金属杆AB即将进入磁场上边界时的速度v1.
(2)在此过程中金属杆CD移动的距离h和通过导线截面的电量q.
(3)设金属杆AB在磁场中运动的速度为v2,通过计算说明v2大小的可能范围.
(4)依据第(3)问的结果,请定性画出金属杆AB在穿过整个磁场区域的过程中可能出现的速度-时间图像(v-t图).
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如图,两金属杆ab、cd的长度均为L=1m,电阻分别为Rab=0.2Ω、Rcd=0.8Ω,质量分别为mab=0.5kg、mcd=0.2kg,用两根质量及电阻均可忽略且不可伸长的柔软导线将两杆连接成闭合回路,悬挂在水平光滑绝缘圆棒两侧,两金属杆都保持水平,整个装置处在与回路平面垂直的匀强磁场中,匀强磁场磁感应强度B=0.5T,重力加速度g=10m/s2。释放两金属杆,经过一段时间后,金属杆以b匀速下落,不计导体棒间的安培力,求:
(1)金属杆ab匀速下落时,导线上的拉力大小;
(2)金属杆ab匀速下落的速度。
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如图所示,一质量为m1=0.1kg的小灯泡通过双股柔软轻质导线与一质量为m2=0.3kg的正方形线框连接成闭合回路(图中用单股导线表示),已知线框匝数为N=10匝,总电阻为r=1Ω,线框正下方h=0.4m处有一水平方向的有界匀强磁场,磁感应强度为B=1T,磁场宽度与线框边长均为L=0.2m,忽略所有摩擦阻力及导线电阻,现由静止释放线框,当线框下边进入磁场的瞬间,加速度恰好为零,且小灯泡正常发光,g取10m/s2.则( )
A. 小灯泡的电阻R=3Ω
B. 线框下边进入磁场的瞬间,小灯泡的速度v=3m/s
C. 在线框进入磁场区域的过程中,通过小灯泡的电荷量q=0.2C
D. 在线框穿过磁场区域的过程中,小灯泡消耗的电能ER=0.8J
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如图,足够长的光滑导轨倾斜放置,其下端与小灯泡连接,匀强磁场垂直于导轨所在平面,则垂直导轨的导体棒ab在下滑过程中(导体棒电阻为R,导轨和导线电阻不计)
A.受到的安培力方向沿斜面向上
B.受到的安培力大小保持恒定
C.导体棒的机械能一直减小
D.克服安培力做的功等于灯泡消耗的电能
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