综合题16.0分
物理

相距L=1.5 m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1 kg的金属棒ab和质量为m2=0.27 kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如图(a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相同。ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.75,两棒总电阻为1.8Ω,导轨电阻不计。t=0时刻起,ab棒在方向竖直向上,大小按图(b)所示规律变化的外力F作用下,由静止沿导轨向上匀加速运动,同时也由静止释放cd棒。

43.求磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小;

44.已知在2 s内外力F做功40 J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热;

45.①判断cd棒的运动过程,②求出cd棒达到最大速度所对应的时刻t1,③在图(c)中画出前5秒内cd棒所受摩擦力fcd随时间变化的图像。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

经过时间t,金属棒ab的速率    此时,回路中的感应电流为       对金属棒ab,由牛顿第二定律得由以上各式整理得:       ,在图线上取两点:t1=0,F1=11N; t2=2s,F2=14.6s ,或者通过图线的斜率和截距(1.8 和 11),代入上式得      B=1.2T  。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

解题思路

ab棒沿竖直向上运动,切割磁感线产生感应电流,由右手定则判断感应电流的方向,由左手定则判断cd棒受到的安培力方向.

易错点

关键是根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、运动学公式推导出拉力与时间的关系式

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

18J;

解析

在2s末金属棒ab的速率      ,所发生的位移    ,由动能定律得    ,又  ,联立以上方程,解得

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

解题思路

由E=BLv、I=、F=BIL、v=at,及牛顿第二定律得到F与时间t的关系式,再根据数学知识研究图象(b)斜率和截距的意义,即可求磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小.

易错点

关键是根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、运动学公式推导出拉力与时间的关系式

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;然后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动。②当cd棒速度达到最大时,有:

又                

整理得③,fcd随时间变化的图象如图c所示。

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

解题思路

由运动学公式求出2s末金属棒ab的速率和位移,根据动能定理求出两金属棒产生的总焦耳热.

易错点

关键是根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、运动学公式推导出拉力与时间的关系式