如图甲中平行且足够长的光滑金属导轨的电阻忽略不计,左侧倾斜导轨平面与水平方向夹角θ=30°...

如图甲中平行且足够长的光滑金属导轨的电阻忽略不计,左侧倾斜导轨平面与水平方向夹角θ=30°,与右侧水平导轨平滑连接,导轨上端连接一阻值R=0.8 Ω的定值电阻,金属杆MN的电阻r=0.2Ω,质量m=0.2 kg,杆长L=1 m跨接在两导轨上, 左侧倾斜导轨区域加一垂直导轨平面向下的匀强磁场,右侧水平导轨区域也加一垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小都为B=1.0 T.电流传感器(电阻不计)能将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机.闭合开关S,让金属杆MN从图示位置由静止开始释放,其始终与导轨垂直且接触良好,此后计算机屏幕上显示出金属杆在倾斜导轨上滑行过程中的It图像,如图乙所示.(g取10 m/s2)

(1)求金属杆MN在倾斜导轨上滑行的最大速率

(2)根据计算机显示出的It图像可知,当t=2 s时,I=0.8 A ,求此时金属棒MN的加速度

(3)金属棒MN从静止开始运动到倾斜导轨底端的过程通过电阻R的电荷量为1.2 C,求这过程电阻R上产生的焦耳热.

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如图所示，两根互相平行的光滑金属导轨倾斜放置，导轨平面与水平面夹角为30°，导轨间距L=1 m，电阻忽略不计。垂直导轨的虚线间有一匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5 T，方向垂直导轨平面向下，磁场区域的宽度d=0.8 m。导体棒a质量ma= 0.25 kg，电阻Ra=0.5 Ω；导体棒b的质量mb= 0.05 kg，电阻Rb=1.5 Ω，它们分别从图中M、N处同时由静止释放，b恰好匀速穿过磁场区域，且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场，重力加速度g=10 m/s2，不计a、b棒之间的相互作用，导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好，求：

（1）b棒刚进入磁场时的速度大小；

（2）a棒刚进入磁场时两端的电压；

（3）为保持a棒以进入时的加速度做匀加速运动，需对a棒施加平行于导轨向下的外力F作用，求F随时间t的变化关系。

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如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°夹角固定放置，导轨间连接一阻值为6Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线m、n间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场．导体棒a的质量为ma=0.4kg，电阻Ra=3Ω；导体棒b的质量为mb=0.1kg，电阻Rb=6Ω；它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．a、b从开始相距L0=0.5m处同时将它们由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场（g取10m/s2，不计a、b之间电流的相互作用sin53°=0.8）．求：

（1）当a、b分别穿越磁场的过程中，通过R的电荷量之比；

（2）在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；

（3）磁场区域沿导轨方向的宽度d为多大；

（4）在整个过程中，产生的总焦耳热．

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如图所示，两条足够长的平行金属导轨PQ、EF倾斜放置，间距为L，与水平方向夹角为θ 。导轨的底端接有阻值为R电阻，导轨光滑且电阻不计。现有一垂直导轨平面向上的匀强磁场大小为B，金属杆ab长也为L，质量为m，电阻为r，置于导轨底端。给金属杆ab一平行导轨向上的初速度v0，经过一段时间后返回底端时已经匀速。金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。求

（1）金属杆ab刚向上运动时，流过电阻R的电流方向；

（2）金属杆ab返回时速度大小及金属杆ab从底端出发到返回底端电阻R上产生的焦耳热；

（3）金属杆ab从底端出发到返回底端所需要的时间。

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如图所示，间距为L的光滑M、N金属轨道水平平行放置，ab是电阻为R0的金属棒，可紧贴导轨滑动，导轨右侧连接水平放置的平行板电容器，板间距为d，板长也为L，导轨左侧接阻值为R的定值电阻，其它电阻忽略不计。轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下，电容器处的磁场垂直纸面向里，磁感应强度均为B。当ab以速度v0向右匀速运动时，一带电量大小为q的颗粒以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内，恰好做匀速圆周运动，并刚好从C板右侧边缘离开。求：

(1)AC两板间的电压U；

(2)带电颗粒的质量m；

(3)带电颗粒的速度大小v。

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如图所示，间距为L的光滑M、N金属轨道水平平行放置，是电阻为的金属棒，可紧贴导轨滑动，导轨右侧连接水平放置的平行板电容器，板间距为板长也为L，导轨左侧接阻值为R的定值电阻，其它电阻忽略不计。轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下，电容器处的磁场垂直纸面向里，磁感应强度均为B，当以速度向右匀速运动时，带电量大小为的颗粒以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内，恰好做匀速圆周运动，并刚好从C板右侧边缘离开，求:

（1）AC两板间的电压U；

（2）带电颗粒的质量

（3）带电颗粒的速度大小

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如图所示，间距为L的光滑M、N金属轨道水平平行放置，ab是电阻为R0的金属棒，可紧贴导轨滑动，导轨右侧连接水平放置的平行板电容器，板间距为d，板长也为L，导轨左侧接阻值为R的定值电阻，其它电阻忽略不计．轨道处的磁场方向垂直轨道平面向下，电容器处的磁场垂直纸面向里，磁感应强度均为B．当ab以速度v0向右匀速运动时，一带电量大小为q的颗粒以某一速度从紧贴A板左侧平行于A板进入电容器内，恰好做匀速圆周运动，并刚好从C板右侧边缘离开．求：

（1）AC两板间的电压U；

（2）带电颗粒的质量m；

（3）带电颗粒的速度大小v．

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（10分）如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L＝0.30 m．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R＝0.40 Ω.导轨上停放一质量m＝0.10 kg、电阻r＝0.20 Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示．

（1）利用上述条件证明金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；

（2）求第2 s末外力F的瞬时功率；

（3）如果水平外力从静止开始拉动杆2 s所做的功W＝0.35 J,求金属杆上产生的焦耳热

【答案】（1）1.0 m/s2 （2）0.35 W （3）5.0×10－2 J

【解析】

（1）设路端电压为U，金属杆的运动速度为v，则感应电动势E＝BLv

通过电阻R的电流I＝

电阻R两端的电压U＝IR＝

由图乙可得U＝kt，k＝0.10V/s

解得v＝t

因为速度与时间成正比,所以金属杆做匀加速运动，加速度

a＝＝1.0 m/s2

（2）在2 s末，速度v2＝at＝2.0 m/s，

电动势E＝BLv2

通过金属杆的电流I＝

金属杆受安培力F安＝BIL＝

解得F安＝7.5×10－2 N

设2 s末外力大小为F2，由牛顿第二定律

F2－F安＝ma

解得F2＝1.75×10－1 N

故2 s末时F的瞬时功率P＝F2v2＝0.35 W

（3）设回路产生的焦耳热为Q，由能量守恒定律

W＝Q＋mv22

解得Q＝0.15 J

电阻R与金属杆的电阻r串联，产生焦耳热与电阻成正比

所以

故在金属杆上产生的焦耳热

解得Qr＝5.0×10－2 J

考点：法拉第电磁感应定律；牛顿第二定律；能量守恒定律。

【题型】计算题
【适用】较难
【标题】2014-2015学年江西临川区第一中学高二下期期末考试物理卷（带解析）
【关键字标签】
【结束】

（10分）在绝缘粗糙的水平面上相距为6L的A、B两处分别固定电量不等的正电荷，两电荷的位置坐标如图（甲）所示，已知B处电荷的电量为+Q。图（乙）是AB连线之间的电势与位置x之间的关系图象，图中x=L点为图线的最低点，x＝-2L处的纵坐标，x＝0处的纵坐标，x=2L处的纵坐标。若在x＝-2L的C点由静止释放一个质量为m、电量为+q的带电物块（可视为质点），物块随即向右运动。求：

（1）固定在A处的电荷的电量QA；

（2）为了使小物块能够到达x＝2L处，试讨论小物块与水平面间的动摩擦因数μ所满足的条件；

（3）若小物块与水平面间的动摩擦因数，小物块运动到何处时速度最大?并求最大速度；

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如图甲所示足够长的平行光滑金属导轨ab、cd倾斜放置，两导轨之间的距离为L＝0.5m，导轨平面与水平面间的夹角为θ＝30°，导轨上端a、c之间连接有一阻值为R₁＝4Ω的电阻，下端b、d之间接有一阻值为R₂＝4Ω的小灯泡。有理想边界的匀强磁场垂直于导轨平面向上，虚线ef为磁场的上边界，ij为磁场的下边界，此区域内的感应强度B，随时间t变化的规律如图乙所示，现将一质量为m＝0.2kg的金属棒MN，从距离磁场上边界ef的一定距离处，从t＝0时刻开始由静止释放，金属棒MN从开始运动到经过磁场的下边界ij的过程中，小灯泡的亮度始终不变。金属棒MN在两轨道间的电阻r＝1Ω，其余部分的电阻忽略不计，ef、ij边界均垂直于两导轨。重力加速度g＝10m/s²。求：

（1）小灯泡的实际功率；

（2）金属棒MN穿出磁场前的最大速率；

（3）整个过程中小灯泡产生的热量。

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