高中 | 双棒模型 题目答案及解析

稿件来源:高途

高中 | 双棒模型题目答案及解析如下,仅供参考!

选修3-2

第四章 电磁感应

4.4 法拉第电磁感应定律

双棒模型

如图,足够长的平行光滑金属导轨固定在水平桌面上,间距$L=0.5\;\rm \text{m}$,处在磁感应强度$B=2\;\rm \text{T}$、竖直向上的匀强磁场中。质量${{m}_{1}}=0.4\;\rm \text{kg}$、电阻${r}=0.4\;\rm \Omega $的导体棒$a$长度与导轨间距相等,垂直导轨放置。质量$m_{2}=0.6\;\rm {kg}$、电阻${{r}_{2}}=0.6\;\rm \Omega $的导体棒$b$$a$等长,垂直导轨静止在$a$的右侧某一位置处。现使$a$以初速度${{v}_{0}}=10\;\rm \text{m/s}$向右运动,$a$$b$未发生碰撞。导体棒和导轨接触良好,导轨电阻不计。求:

从开始运动到两棒到达稳定状态,导体棒$a$上产生的焦耳热;

[["

$4.8\\;\\rm J$

"]]

导体棒$a$与导体棒$b$组成的系统满足动量守恒,则有${{m}_{1}}{{v}_{0}}=({{m}_{1}}+{{m}_{2}})v$

解得$v=4\;\rm m/s$

根据能量守恒可得${{Q}_{总}}=\dfrac{1}{2}{{m}_{1}}v_{0}^{2}-\dfrac{1}{2}({{m}_{1}}+{{m}_{2}}){{v}^{2}}$

解得${{Q}_{总}}=12\;\rm \text{J}$

则导体棒$a$上产生的焦耳热为${{Q}_{a}}=\dfrac{{{r}_{1}}}{{{r}_{1}}+{{r}_{2}}}{{Q}_{总}}=\dfrac{2}{5}{{Q}_{总}}$

解得${{Q}_{a}}=4.8\;\rm \text{J}$

初始时刻$a$$b$棒的最小距离。

[["

$2.4\\;\\rm \\text{m}$

"]]

对导体棒$b$应用动量定理得$B\bar{I}L\cdot \Delta t=m_{2}v$

$q=\overline{I}\Delta t=\dfrac{\overline{E}}{{{r}_{1}}+{{r}_{2}}}\Delta t=\dfrac{\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}}{{{r}_{1}}+{{r}_{2}}}\Delta t=\dfrac{\Delta \Phi }{{{r}_{1}}+{{r}_{2}}}=\dfrac{BLx}{{{r}_{1}}+{{r}_{2}}}$

联立解得$x=2.4\;\rm \text{m}$

则初始时刻$a$$b$棒的最小距离为$2.4\;\rm \text{m}$

高中 | 双棒模型题目答案及解析(完整版)

去刷题
相关题库:
如图所示,两条相距为的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,空间内有方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根质量均为、电阻均为的导体棒、垂直放置于金属导轨不同位置,保持与导轨良好接触。某时刻给一个水平向右的初速度,此后过程中两导体棒不发生碰撞,则从该时刻起到两导体棒达到稳定状态的过程中 如图所示,两段足够长的光滑平行金属导轨水平放置,导轨左右两部分的间距分别为、;空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为,质量分别为、的导体杆、均垂直导轨放置,接入电路的电阻分别为、,导轨电阻忽略不计;、两杆同时分别以、的初速度向右运动,总在左边窄导轨上运动,总在右边宽导轨上运动,从开始运动到两杆稳定的过程中,下列说法正确的是 如图甲所示,粗细均匀的无限长光滑平行导轨固定在倾角的斜面上,在边界下方区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场,有两根相同金属棒、分别从磁场边界上方位置和边界位置同时由静止释放,棒运动的图像如图乙所示,其中、段为曲线,其它段为直线。已知磁感应强度,导轨间距,导体棒的质量均为,导体棒电阻均为,导轨电阻不计,取。求: 如图,两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,左、右两侧导轨间距分别为和,处于竖直向上的磁场中,磁感应强度大小分别为和。两导体棒、垂直放置在导轨上,已知导体棒的电阻为、长度为、质量为,导体棒的电阻为、长度为,质量为。时刻,用水平恒力向右拉动,此后运动了足够长时间,运动过程中,两导体棒均未脱离原宽度处的导轨且与导轨保持良好接触。已知导轨足够长且电阻不计,从时刻到时刻的过程中,下列说法正确的是 如图所示,水平面内固定一间距、电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨,整个导轨处于竖直向下、磁感应强度大小的匀强磁场中。两根相距很远且长度也为的细直金属杆、静置于导轨上,与导轨垂直并接触良好,、质量均为、电阻均为。时刻,给一水平向右、大小的初速度,第末的速度大小为,第内的位移为。不计空气阻力,则 如图所示,足够长的光滑水平轨道左侧部分的轨道间距为,右侧部分的轨道间距为,两部分轨道通过导线连通。整个区域存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小。质量的金属棒和质量的金属棒垂直于导轨分别静止放置在左、右两侧轨道上。现给金属棒一大小为、方向沿轨道向右的初速度,已知两金属棒接入电路的有效电阻均为,轨道电阻不计,,两金属棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触,棒总在宽轨上运动,棒总在窄轨上运动。下列说法正确的是
今日推荐