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专题 电磁感应的综合问题(2)
例1、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=0.2 m,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量为m=0.1kg,电阻为r=0.1Ω的金属杆ab,导轨的电阻不计,整个装置处于磁感应强度为B=0.5 T的匀强磁场中,磁场的方向竖直向下.现用一外力F沿水平方向拉杆,使杆由静止开始运动,若理想电压表示数U随时间t的变化关系如图乙所示.求:(1)金属杆在第5秒末的瞬时速度;
(2)若在5秒时间内电阻R上产生的焦耳热为12.5 J,求在这段时间内外力F 所做的功.
在5秒时间内电阻R
练1、如图甲所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行粗糙导轨,NQMN,导轨的电阻均不计。导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=4Ω的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上,磁感应强度为B=1T。将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好。现由静止释放金属棒,当金属棒滑行s=2m至cd处时达到稳定速度,已知在此过程中金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示,设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)。求:
(1)金属棒刚释放时的加速度a以及金属棒与导轨间的动摩擦因数μ
(2)金属棒滑行至cd处的过程中,金属棒上产生的热量Q
(3)金属棒由静止释放到达到稳定速度的过程中,通过金属棒的电荷量q
MN、PQ竖直放置,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P间连接阻值为R=0.40Ω的电阻,质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒ab由静止开始下滑,其下滑距离与时间的关系如下表所示,导轨电阻不计,试求:
时 间t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 下滑距离s(m) 0 0.1 0.3 0.7 1.4 2.1 2.8 3.5 (1)当t=0.7s时,重力对金属棒ab做功的功率;
(2)金属棒ab在开始运动的0.7s内,电阻R上产生的热量;
(3)从开始运动到t=0.4s的时间内,通过金属棒ab的电量。
练2、如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面成θ=30°角放置,一个磁感应强度B=1.00T的匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨上端M与P间连接阻值为R=0.30Ω的电阻,长L=0.40m、电阻r=0.10Ω的金属棒ab与MP等宽紧贴在导轨上,现使金属棒ab由静止开始下滑,其下滑距离与时间的关系如下表所示,导轨电阻不计,g=10m/s2求:
(1)在0.4s时间内,通过金属棒ab截面的电荷量(2)金属棒的质量(3)在0.7s时间内,整个回路产生的热量
例3、如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=30°,导轨上端跨接一定值电阻R,导轨电阻不计。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上,且与导轨保持电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为r,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,当金属棒沿导轨下滑距离为s时,速度达到最大值vm。求:
(1)金属棒开始运动时的加速度大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小;
(3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,电阻R上产生的电热。
练3、如图所示,水平的金属框架abcd,=0.5m,匀强磁场与框架平面成θ=30°如图所示磁感应强度=0.5T,框架电阻不计,金属杆MN置于框架上,在水平拉力F作用下无摩擦地滑动,MN的质量=0.05kg,电阻=0.2Ω,试求当MN的水平速度为多大时,它对框架的压力恰为零。2)
例4、如图,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定,轨距为d.空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B.P、M间接有阻值为3R的电阻.Q、N间接有阻值为6R的电阻,质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,其有效电阻为R.现从静止释放ab,当它沿轨道下滑距离S时,达到最大速度.若轨道足够长且电阻不计,重力加速度为g.求:(1)金属杆ab运动的最大速度;(2)金属杆ab运动的加速度为gsinθ时,金属杆ab消耗的电功率;(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,如图所示,两根足够长的固定的平行粗糙金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上,导轨上、下端所接的电阻阻值R1=R2=100Ω,导轨自身电阻忽略不计,导轨宽度L=2m,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T.质量为m=0lkg,电阻r=5Ω的金属棒ab在较高处由静止释放,金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨接触良好,当金属棒ab下滑高度h
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