| 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,两平行金属导轨间距为$l=0.5m$下端连接阻值为$R=2\;\rm \Omega$的定值电阻,两导轨形成的斜面倾角$\theta=37^\circ $,两导轨之间有一长度为$2l$的匀强磁场区域,磁感应强度的大小为$B=kt$$k$为大于$0$的常数),方向垂直于斜面向上,图中两条虚线为磁场的边界。现将质量$m=1\;\rm kg$、电阻$r=2\;\rm \Omega$、长度为$l$的金属棒由静止放置在导轨上,金属棒与导轨间的动摩擦因数$\mu =0.5$,金属棒初位置与磁场边界的距离为$d=1m$。在$t=0$时刻释放金属棒,它沿导轨匀加速下滑,当它进入磁场的瞬间,磁场开始保持不变,金属棒恰好能匀速下滑,已知重力加速度$g$$10\;\rm m/s^{2}$$\sin37^\circ =0.6$。求:

$k$的数值;

[["

$4$

"]]

导体棒由静止开始下滑,根据牛顿第二定律有$mg\sin\theta − \mu mg\cos\theta=ma$

设刚进入磁场时速度大小为$v$,根据速度位移公式有$v^{2}=2ad$

解得$a=2\;\rm m/s^{2}$$v=2\;\rm m/s$

刚进入磁场时,设电动势大小为$E$,根据法拉第电磁感应定律有$E=Blv$

根据闭合电路欧姆定律有$I=\dfrac{E}{r+R}$

导体棒受力平衡$mg\sin\theta − \mu mg\cos\theta=BIl$

解得$B=4T$

金属棒从释放到进入磁场的时间$t=\dfrac{v}{a}=1\;\rm{s}$

$B=kt$

解得$k=4$

金属棒进入磁场前后的电流大小的比值;

[["

$\\dfrac{1}{2}$

"]]

根据法拉第电磁感应定律,金属棒进入磁场前的感应电动势$E_{0}=\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=S \cdot \dfrac{\Delta B}{\Delta t}=8l^{2}=2\;\rm{V}$

感应电流$I_{0}=\dfrac{E_{0}}{R+r}=0.5\;\rm{A}$

进入磁场后感应电流大小为$I=\dfrac{E}{R+r}=1\;\rm{A}$

所以$\dfrac{I_{0}}{I}=\dfrac{1}{2}$

金属棒下滑过程中定值电阻$R$产生的焦耳热。

[["

$1.5\\;\\rm J$

"]]

导体棒进入磁场前,定值电阻中产生的热量$Q_{0}=I_{0}^{2}Rt$

解得$Q_{0}=0.5\;\rm J$

导体棒进入磁场后,定值电阻中产生的热量$Q=I^{2}Rt'$

其中$t'=\dfrac{2l}{v}=0.5\;\rm{s}$

解得$Q=1\;\rm J$

所以金属棒下滑过程中定值电阻$R$产生的焦耳热$Q_{1}=Q_{0}+Q=1.5\;\rm J$

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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,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,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 如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈的边长为,边长为,共有匝,总电阻,可绕与磁场方向垂直的对称轴转动。线圈处于磁感应强度的匀强磁场中,与线圈两端相连的金属滑环上接一个“,”的灯泡,当线圈以角速度匀速转动时,小灯泡消耗的功率恰好为。(不计转动轴与电刷的摩擦,结果保留两位有效数字) 如图所示,水平面内相距光滑的平行金属导轨接有的电阻,磁感应强度大小为的匀强磁场与导轨平面垂直。一质量、有效电阻的金属棒与导轨垂直放置。某时刻给金属棒施加一个水平向右的外力,让金属棒由静止开始以的加速度做匀加速运动,当通过电路某截面的电荷量为时撤去外力,导轨电阻不计,求:
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