高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

如图所示,两条相距$d$的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为$R$的电阻。质量为$m$、电阻为$2R$的金属棒$ab$静止在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域$MNPQ$的磁感应强度大小为$B$、方向竖直向下。当该磁场区域以速度$v_{0}$匀速向右扫过金属棒后,金属棒的速度变为$v$。导轨的电阻不计,导轨光滑且足够长,棒始终与导轨接触良好。求:

$MN$刚扫过棒时,$a$$b$两端之间的电势差$U_{ab}$

[["

$MN$刚扫过棒时,$a$$b$两端之间的电势差$U_{ab}$$- \\dfrac{1}{3}Bdv_{0}$

"]]

$MN$刚扫过金属杆时,杆上产生的感应电动势为

$E=Bdv_{0}$

根据闭合电路的欧姆定律,回路中的感应电流为$I = \dfrac{E}{R + 2R} = \dfrac{Bdv_{0}}{3R}$

根据右手定则,电流从$a$$b$,所以

$U_{ab} = - IR = - \dfrac{1}{3}Bdv_{0}$

$PQ$刚要离开棒时,电阻$R$的热功率$P$

[["

$PQ$刚要离开棒时,电阻$R$的热功率$P$$\\dfrac{B^{2}d^{2}(v_{0} - v)^{2}}{9R}$

"]]

$PQ$刚要到达金属杆时,根据法拉第电磁感应定律,杆上产生的感应电动势为

$E^\prime=Bd(v_{0}-v)$

根据闭合电路的欧姆定律,回路中的感应电流为$I' = \dfrac{E'}{R + 2R} = \dfrac{Bd(v_{0} - v)}{3R}$

电阻$R$消耗的电功率

$P_{R} = I'^{2}R = \dfrac{B^{2}d^{2}(v_{0} - v)^{2}}{9R}$

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如图,某工厂污水流量计是横截面为矩形的水平管道。污水(含有大量正、负离子,可视为电阻率恒为的导电液体)从外向里流经该污水流量计,整个装置处于竖直向上,磁感应强度为的匀强磁场内。污水流量计长、宽、高分别为、、,上、下板绝缘,左、右板导电(电阻不计)且外接开关和内阻为 的电流表,闭合开关后电流表读数为。已知闭合开关前后污水流速不变,且污水在流量计中受到的阻力恒为,下列说法错误的是 如图所示,上方足够长的水平轨道左端接一电源,电源电动势,内阻,导轨间距。下方两个相同的绝缘圆弧轨道、正对上方轨道放置,间距也为,半径、圆心角,并与下方足够长水平轨道相切于、两点。已知上方水平轨道区域内存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度。导轨上放置一质量,电阻的金属棒。闭合开关后,金属棒能以最大速度从上方轨道水平抛出,恰能从处沿切线进入圆弧轨道。不计导轨电阻,所有轨道光滑,重力加速度取。 如图所示,、是两根半径为的粗糙的圆弧轨道,其间距为,点为圆弧的圆心,、连线水平,、在同一水平高度,圆弧轨道电阻不计,在其上端连有一阻值为的电阻,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为。现有一根长度稍大于、质量为、电阻为的金属棒从轨道的顶端处以一定的初速度开始下滑,由于轨道摩擦的作用,下滑过程中金属棒的速率保持不变,到达轨道底端时对轨道的压力为,求: 如图所示,两平行金属导轨间距为,下端连接阻值为的定值电阻,两导轨形成的斜面倾角,两导轨之间有一长度为的匀强磁场区域,磁感应强度的大小为(为大于的常数),方向垂直于斜面向上,图中两条虚线为磁场的边界。现将质量、电阻、长度为的金属棒由静止放置在导轨上,金属棒与导轨间的动摩擦因数,金属棒初位置与磁场边界的距离为。在时刻释放金属棒,它沿导轨匀加速下滑,当它进入磁场的瞬间,磁场开始保持不变,金属棒恰好能匀速下滑,已知重力加速度取,。求: 如图所示,光滑平行导轨与水平面成角置于匀强磁场中,下方磁感应强度大小为,方向垂直斜面向上,导轨间距为;上方磁感应强度大小为,方向垂直斜面向下,导轨间距为,导轨足够长且电阻不计。质量均为的导体棒和垂直于导轨放置。棒接入电路的电阻为,棒接入电路的电阻为,两棒始终在对应的导轨部分运动。为使棒沿斜面向下以速度(未知)匀速运动时,棒恰好静止,重力加速度为,计算的大小。 如图所示电路中,电源电动势为、内阻为,,,电容器中一带电液滴恰好处于静止状态,理想电压表、示数分别为、,理想电流表示数为,当滑动变阻器触头向滑动后,下列说法正确的是
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