如图所示,质量为m的足够长的“[”金属导轨abcd放在倾角为θ的光滑绝缘斜面上,bc段电阻为R,其余段电阻不计。另一电阻为R、质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PbcQ构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于斜面的光滑立柱。导轨bc段长为L,以ef为界,其左侧匀强磁场垂直斜面向上,右侧匀强磁场方向沿斜面向上,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一沿斜面方向的作用力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始沿斜面向下做匀加速直线运动,加速度为a。
(1)请通过计算证明开始一段时间内PQ中的电流随时间均匀增大。
(2)求在电流随时间均匀增大的时间内棒PQ横截面内通过的电量q和导轨机械能的变化量△E。
(3)请在F-t图上定性地画出电流随时间均匀增大的过程中作用力F随时间t变化的可能关系图,并写出相应的条件。(以沿斜面向下为正方向)
高三物理计算题困难题
如图所示,质量为m的足够长的“[”金属导轨abcd放在倾角为θ的光滑绝缘斜面上,bc段电阻为R,其余段电阻不计。另一电阻为R、质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PbcQ构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于斜面的光滑立柱。导轨bc段长为L,以ef为界,其左侧匀强磁场垂直斜面向上,右侧匀强磁场方向沿斜面向上,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一沿斜面方向的作用力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始沿斜面向下做匀加速直线运动,加速度为a。
(1)请通过计算证明开始一段时间内PQ中的电流随时间均匀增大。
(2)求在电流随时间均匀增大的时间内棒PQ横截面内通过的电量q和导轨机械能的变化量△E。
(3)请在F-t图上定性地画出电流随时间均匀增大的过程中作用力F随时间t变化的可能关系图,并写出相应的条件。(以沿斜面向下为正方向)
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如图所示,abcd为质量M=3.0 kg的“”形导轨(电阻不计),放在光滑绝缘的、倾角为θ=53°的固定斜面上,绝缘光滑的立柱e、f垂直于斜面固定,质量m=2.0 kg的金属棒PQ平行于ad边压在导轨和立柱e、f上,导轨和金属棒都处于匀强磁场中,磁场以OO′为界,OO′上方的磁场方向垂直于斜面向上,下方的磁场方向沿斜面向下,磁感应强度大小都为B=1.0 T。导轨的ad段长L=1.0 m,棒PQ单位长度的电阻为r0=0.5 Ω/m,金属棒PQ与“”形导轨始终接触良好且两者间的动摩擦因数μ=0.25。设导轨和斜面都足够长(设导轨ad段在运动过程中不会运动到PQ处),将导轨无初速释放,(取g=10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,图中的MN、ad、OO′、PQ彼此平行且处在水平方向) 求:
(1)导轨运动的最大加速度;
(2)导轨运动的最大速度。
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【加试题】如图所示,间距为L、光滑的足够长的金属导轨(金属导轨的电阻不计)所在斜面倾角为,两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒 CD、PQ放在斜面导轨上,已知CD棒的质量为、电阻为R,PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上,两根劲度系数均为、相同的弹簧一端固定在导轨的下端,另一端连着金属棒CD.开始时金属棒CD静止,现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ,使金属棒PQ由静止开始运动,当金属棒PQ达到稳定时,弹簧的形变量与开始时相同.已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中通过CD棒的电荷量为q,此过程可以认为CD棒缓慢地移动,已知题设物理量符合的关系式,求此过程中(要求结果均用来表示):
(1)CD棒移动的距离;
(2)PQ棒移动的距离;
(3)恒力所做的功.
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如图所示,间距为L、光滑的足够长的金属导轨(金属导轨的电阻不计)所在斜面倾角为,两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒 CD、PQ放在斜面导轨上,已知CD棒的质量为m、电阻为R,PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上,两根劲度系数均为k、相同的弹簧一端固定在导轨的下端,另一端连着金属棒CD.开始时金属棒CD静止,现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ,使金属棒PQ由静止开始运动,当金属棒PQ达到稳定时,弹簧的形变量与开始时相同.已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中通过CD棒的电荷量为q,此过程可以认为CD棒缓慢地移动,已知题设物理量符合的关系式,求此过程中(要求结果均用mg、k、来表示):
(1)CD棒移动的距离;
(2)PQ棒移动的距离;
(3)恒力所做的功.
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如图所示,间距为L、光滑的足够长的金属导轨(金属导轨的电阻不计)所在斜面倾角为,两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒 CD、PQ放在斜面导轨上,已知CD棒的质量为m、电阻为R,PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上,两根劲度系数均为k、相同的弹簧一端固定在导轨的下端,另一端连着金属棒CD.开始时金属棒CD静止,现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ,使金属棒PQ由静止开始运动,当金属棒PQ达到稳定时,弹簧的形变量与开始时相同.已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中通过CD棒的电荷量为q,此过程可以认为CD棒缓慢地移动,已知题设物理量符合的关系式,求此过程中(要求结果均用mg、k、来表示):
(1)CD棒移动的距离;
(2)PQ棒移动的距离;
(3)恒力所做的功.
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如图所示,间距为L、光滑的足够长的金属导轨(金属导轨的电阻不计)所在斜面倾角为,两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒 CD、PQ放在斜面导轨上,已知CD棒的质量为m、电阻为R,PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上,两根劲度系数均为k、相同的弹簧一端固定在导轨的下端,另一端连着金属棒CD.开始时金属棒CD静止,现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ,使金属棒PQ由静止开始运动,当金属棒PQ达到稳定时,弹簧的形变量与开始时相同.已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中通过CD棒的电荷量为q,此过程可以认为CD棒缓慢地移动,已知题设物理量符合的关系式,求此过程中(要求结果均用mg、k、来表示):
(1)CD棒移动的距离;
(2)PQ棒移动的距离;
(3)恒力所做的功.
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如图甲所示,在倾角为θ的斜面上固定有两根足够长的平行光滑导轨,两导轨间距为L,金属导体棒ab垂直于两导轨放在导轨上,导体棒ab的质量为m,电阻为R,导轨电阻不计,空间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B。当金属导体棒ab由静止开始向下滑动一段时间t0,再接通开关S,则关于导体棒ab 运动的v-t图象(如图乙所示)不可能的是
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