如圖所示,有一個(gè)間距為d=0.3m的平行光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成θ=53°放置,通過光滑圓弧絕緣件與另一個(gè)光滑的水平金屬導(dǎo)軌平滑對(duì)接,其中軌道AA′BB′部分間距為d,軌道BB′DD′部分間距為d3。在cd棒的下方區(qū)域內(nèi)存在與導(dǎo)軌平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),AA′CC′之間存在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)軌的下端接有阻值為R=2Ω的電阻,在導(dǎo)軌的上端垂直于導(dǎo)軌用鎖定裝置鎖定有一質(zhì)量為m2=1kg的導(dǎo)體棒cd,長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.6m,電阻為r=4Ω。另有一質(zhì)量為m1=1kg的導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌,與cd棒相距x1=2m,以大小為v0=8m/s的速度沿導(dǎo)軌向上,經(jīng)過t1=0.47s,ab棒運(yùn)動(dòng)到cd棒位置時(shí),鎖定裝置解除cd棒的鎖定,ab棒與cd棒碰撞合在一起繼續(xù)向上x2=316m,經(jīng)過絕緣件到達(dá)AA′時(shí),在BB′由另一個(gè)鎖定裝置鎖定的導(dǎo)體棒ef解除鎖定,導(dǎo)體棒ef質(zhì)量為m3=13kg,之后它們分別在各自軌道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)棒abcd運(yùn)動(dòng)到BB′時(shí),速度已達(dá)到穩(wěn)定,之后被鎖定裝置鎖住,ef棒再運(yùn)行x3=20m到達(dá)CC′處。CC′右側(cè)有一根勁度系數(shù)k=1N/m的輕質(zhì)彈簧水平放置,處于原長(zhǎng),右端固定,左端與一質(zhì)量為m4=23kg的絕緣棒gh(長(zhǎng)度為L(zhǎng))拴接(拴接點(diǎn)在棒gh的中點(diǎn))。最終ef棒沿水平導(dǎo)軌與gh棒發(fā)生碰撞后即刻合在一起,且此后始終做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。三個(gè)導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好,不計(jì)金屬導(dǎo)軌及其他電阻,且所有導(dǎo)體棒長(zhǎng)度,電阻,單位長(zhǎng)度的電阻都相等,不計(jì)任何摩擦,忽略連接處的能量損失。(重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6),求:
(1)ab棒運(yùn)動(dòng)到cd棒位置時(shí)的速度大小以及碰撞后瞬間棒兩端的電勢(shì)差大小;
(2)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)ef棒和gh棒碰撞后始終做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),請(qǐng)以兩棒碰撞第一次速度變?yōu)?時(shí)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn),向右為正方向,寫出該簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)方程。(已知彈簧振子振動(dòng)周期公式T=2πmk,其中m為振子質(zhì)量,k為彈簧勁度系數(shù)??梢杂肍-x圖像下的面積代表力F做的功)
d
3
x
2
=
3
16
m
m
3
=
1
3
kg
m
4
=
2
3
kg
T
=
2
π
m
k
【考點(diǎn)】電磁感應(yīng)過程中的能量類問題;電磁感應(yīng)過程中的動(dòng)力學(xué)類問題;導(dǎo)體平動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);閉合電路歐姆定律的內(nèi)容和表達(dá)式.
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:251引用:3難度:0.2
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1.如圖所示,固定在水平面上間距為l的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌,垂直于導(dǎo)軌放置的兩根金屬棒MN和PQ長(zhǎng)度也為l、電阻均為R,兩棒與導(dǎo)軌始終接觸良好。MN兩端通過開關(guān)S與電阻為R的單匝金屬線圈相連,線圈內(nèi)存在豎直向下均勻增加的磁場(chǎng),磁通量變化率為常量k。圖中虛線右側(cè)有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.PQ的質(zhì)量為m,金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)、電阻忽略不計(jì)。
(1)閉合S,若使PQ保持靜止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;
(2)斷開S,PQ在上述恒力作用下,由靜止開始到速度大小為v的加速過程中流過PQ的電荷量為q,求該過程安培力做的功W。發(fā)布:2024/12/29 20:30:1組卷:3152引用:16難度:0.5 -
2.2022年6月,我國(guó)首艘完全自主設(shè)計(jì)建造的航母“福建艦”下水亮相,除了引人注目的電磁彈射系統(tǒng)外,電磁阻攔索也是航母的“核心戰(zhàn)斗力”之一,其原理是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的阻力快速安全地降低艦載機(jī)著艦的速度。如圖所示為電磁阻攔系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理:艦載機(jī)著艦時(shí)關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng),通過絕緣阻攔索拉住軌道上的一根金屬棒ab,金屬棒ab瞬間與艦載機(jī)共速并與之一起在磁場(chǎng)中減速滑行至停下。已知艦載機(jī)質(zhì)量為M,金屬棒質(zhì)量為m,接入導(dǎo)軌間電阻為r,兩者以共同速度為v0進(jìn)入磁場(chǎng)。軌道端點(diǎn)MP間電阻為R,不計(jì)其它電阻。平行導(dǎo)軌MN與PQ間距L,軌道間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。除安培力外艦載機(jī)系統(tǒng)所受其它阻力均不計(jì)。求:
(1)艦載機(jī)和金屬棒一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度a;
(2)艦載機(jī)減速過程中金屬棒ab中產(chǎn)生的焦耳熱Qab;
(3)艦載機(jī)減速過程通過的位移x的大小。發(fā)布:2024/12/29 23:0:1組卷:213引用:4難度:0.4 -
3.如圖所示,足夠長(zhǎng)的U形光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面呈θ角,其中MN與PQ平行且間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,導(dǎo)軌電阻不計(jì).金屬棒ab由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑,并與兩導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好,ab棒在MN與PQ之間部分的電阻為R,當(dāng)ab棒沿導(dǎo)軌下滑的距離為x時(shí),棒的速度大小為v.則在這一過程中( ?。?/h2>
A.金屬棒ab運(yùn)動(dòng)的加速度大小始終為 v22xB.金屬棒ab受到的最大安培力為 sinθB2L2vRC.通過金屬棒ab橫截面的電荷量為 BLxRD.金屬棒ab產(chǎn)生的焦耳熱為 xB2L2v2R發(fā)布:2024/12/29 20:30:1組卷:78引用:3難度:0.7
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