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如圖13所示，兩根互相平行的光滑金屬導軌位于水平面內，相距為L=0.5 m，在導軌的一端接有阻值R=0.3 Ω的電阻，在x≥0一側存在一與水平面垂直的均勻磁場，磁感應強度B=1 T.一質量m=2 kg的金屬桿垂直放置在導軌上，金屬桿的電阻r=0.2 Ω，導軌電阻不計.當金屬桿以v0=4 m/s的初速度進入磁場的同時，受到一個水平向右的外力作用，且外力的功率P恒為18 W，經過2 s金屬桿達到最大速度.求：

圖13

（1）金屬桿達到的最大速度vm;

（2）在這2 s時間內回路產生的熱量Q；

（3）當速度變為5 m/s  時，金屬桿的加速度a.

解析：（1）金屬桿達到最大速度vm時，外力F與安培力平衡，則F=BImL                ①

外力的功率P=Fvm                                                             ②

根據感應電動勢公式和閉合電路歐姆定律得Im=                             ③

由以上各式聯立可得vm==6 m/s.                                   ④

（2）金屬桿在從開始到達到最大速度的過程中，根據動能定理可得

WF-W安=mvm2-mv02                                                        ⑤

又WF=Pt                                                                     ⑥

克服安培力做的功等于回路產生的電能，即W安=Q，                               ⑦

故由以上幾式解得Q=16 J.                                                      ⑧

（3）當v=5 m/s時，由牛頓第二定律，有F-BIL=ma且F=    I=            

由以上幾式解得a==0.55 m/s2.                                    

答案：（1）6 m/s （2）16 J （3）0.55 m/s2


練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

（1）游標卡尺和螺旋測微器是兩種常用的測量長度的精密儀器．如圖甲所示的游標卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標上有20個小的等分刻度，甲圖示狀態的讀數是
13.55
13.55
mm；用如圖乙所示螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑的讀數是
0.678
0.678
mm．

（2）在“驗證力的平行四邊形定則“實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，先用一個彈簧秤拉橡皮條的另一端到某-點并記下該點的位置；再將橡皮條的另一端系兩根細繩，細繩的另一端都有繩套，用兩個彈簧秤分別勾住繩套，并互成角度地拉像皮條．某同學認為在此過程中必須注意以下幾項：
A．兩根細繩必須等長
B．橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上
C．在使用彈簧秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行
D．在用兩個彈簧秤同時拉細繩時要注意使兩個彈簧秤的讀數相等
E．在用兩個彈簧秤同時拉細繩時必須將橡皮條的另一端拉到用一個彈簧秤拉時記下的位置
其中正確的是
CE
CE
．（填人相應的字母）
（3）利用如圖丙所示的裝置可測量彈簧的勁度系數．一小平面鏡B（可視為一點）豎直固定在物塊P上，它們的總質量為m．現將P緊靠著直立的彈簧上端，用插銷K固定，此時彈簧處于自然長度，從固定的點光源S發出的光經過平面鏡反射后在豎直標尺的A點形成一小光斑．松開插銷K，發現最終小光斑穩定在標尺上某點，該點到A點的距離為h．已知點光源S與平面鏡的水平距離為L0，標尺與平面鏡的水平距離為L，則該彈簧的勁度系數為
L+L0
hL0
mg
L+L0
hL0
mg
．

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

（1）（6分）某校學習興趣小組在研究“探索小車速度隨時間變化的規律”的實驗，圖是某次實驗得出的紙帶，所用電源的頻率為50HZ，舍去前面比較密集的點，從0點開始，每5個連續點取1個計數點，標以1、2、3……。各計數點與0計數點之間的距離依次為d1=3cm，d2=7.5cm，d3=13.5cm，則①物體做        的運動，②物體通過1計數點的速度1=      m/s；③物體運動的加速度為a =         m/s2.

（2）(6分)在驗證“互成角度的兩個力的合成”的實驗中，某  小組得出如圖所示的圖（F與AO共線），圖中         是F1與F2合成的理論值；      是F1與F2合成的實際值，在實驗中如果將兩個細繩套換成兩根橡皮條，那么實驗結果是否變化？

答：         （填“變”或“不變”）。

   （3）(10分)某同學設計了一個探究加速度與物體所  受合外力F及質量M的關系實驗。圖為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶（總質量為m），D為一端帶有定滑輪的長木板。

①若保持砂和砂桶質量m不變，改變小車質量M，分別得到小車加速度a與質量M及對應的數據如表1所示。

        表1

次數

1

2

3

4

5

小車加速度a/(m•s-2)

1.98

1.48

1.00

0.67

0.50

小車質量M/kg

0.25

0.33

0.50

0.75

1.00

質量倒數/kg-1

4.00

3.00

2.00

1.33

1.00

 

 

 

 

 

 

根據表1數據，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖所示的方格坐標紙中選擇恰當的物理量建立坐標系，并作出圖線。從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質量M之間存在的關系是             。

②某同學在探究a與F的關系時，把砂和砂桶的總重力當作  小車的合外力F，作出a－F圖線如圖所示，試分析圖線不過原點的原因是          。

③在這個實驗中，為了探究兩個物理量之間的關系，要保持第三個物理量不變，這種探究方法叫做

                法。

 

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科目：高中物理 來源：2011-2012學年福建省福州八中第一學期期末考試物理卷 題型：實驗題

（1）（6分）某校學習興趣小組在研究“探索小車速度隨時間變化的規律”的實驗，圖是某次實驗得出的紙帶，所用電源的頻率為50HZ，舍去前面比較密集的點，從0點開始，每5個連續點取1個計數點，標以1、2、3……。各計數點與0計數點之間的距離依次為d1=3cm，d2=7.5cm，d3=13.5cm，則①物體做       的運動，②物體通過1計數點的速度1=     m/s；③物體運動的加速度為a =         m/s2.

（2）(6分)在驗證“互成角度的兩個力的合成”的實驗中，某 小組得出如圖所示的圖（F與AO共線），圖中         是F1與F2合成的理論值；     是F1與F2合成的實際值，在實驗中如果將兩個細繩套換成兩根橡皮條，那么實驗結果是否變化？
答：        （填“變”或“不變”）。

（3）(10分)某同學設計了一個探究加速度與物體所 受合外力F及質量M的關系實驗。圖為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶（總質量為m），D為一端帶有定滑輪的長木板。

①若保持砂和砂桶質量m不變，改變小車質量M，分別得到小車加速度a與質量M及對應的數據如表1所示。    

次數
1
2
3
4
5
小車加速度a/(m?s-2)
1.98
1.48
1.00
0.67
0.50
小車質量M/kg
0.25
0.33
0.50
0.75
1.00
質量倒數/kg-1
4.00
3.00
2.00
1.33
1.00

根據表1數據，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖所示的方格坐標紙中選擇恰當的物理量建立坐標系，并作出圖線。從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質量M之間存在的關系是             。
②某同學在探究a與F的關系時，把砂和砂桶的總重力當作 小車的合外力F，作出a－F圖線如圖所示，試分析圖線不過原點的原因是          。

③在這個實驗中，為了探究兩個物理量之間的關系，要保持第三個物理量不變，這種探究方法叫做
                法。

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科目：高中物理 來源：2011-2012學年福建省第一學期期末考試物理卷 題型：選擇題

（1）（6分）某校學習興趣小組在研究“探索小車速度隨時間變化的規律”的實驗，圖是某次實驗得出的紙帶，所用電源的頻率為50HZ，舍去前面比較密集的點，從0點開始，每5個連續點取1個計數點，標以1、2、3……。各計數點與0計數點之間的距離依次為d1=3cm，d2=7.5cm，d3=13.5cm，則①物體做        的運動，②物體通過1計數點的速度1=      m/s；③物體運動的加速度為a =          m/s2.

（2）(6分)在驗證“互成角度的兩個力的合成”的實驗中，某  小組得出如圖所示的圖（F與AO共線），圖中         是F1與F2合成的理論值；      是F1與F2合成的實際值，在實驗中如果將兩個細繩套換成兩根橡皮條，那么實驗結果是否變化？

答：         （填“變”或“不變”）。

   （3）(10分)某同學設計了一個探究加速度與物體所  受合外力F及質量M的關系實驗。圖為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶（總質量為m），D為一端帶有定滑輪的長木板。

①若保持砂和砂桶質量m不變，改變小車質量M，分別得到小車加速度a與質量M及對應的數據如表1所示。

         表1

次數

1

2

3

4

5

小車加速度a/(m•s-2)

1.98

1.48

1.00

0.67

0.50

小車質量M/kg

0.25

0.33

0.50

0.75

1.00

質量倒數/kg-1

4.00

3.00

2.00

1.33

1.00

 

 

 

 

 

 

根據表1數據，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在圖所示的方格坐標紙中選擇恰當的物理量建立坐標系，并作出圖線。從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質量M之間存在的關系是              。

②某同學在探究a與F的關系時，把砂和砂桶的總重力當作  小車的合外力F，作出a－F圖線如圖所示，試分析圖線不過原點的原因是          。

③在這個實驗中，為了探究兩個物理量之間的關系，要保持第三個物理量不變，這種探究方法叫做

                 法。

 

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