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某物理小组想出了一种理想化的“隔空”加速系统，该系统通过利用其中一个金属棒在磁场中运动产生感应电流从而使另一个金属棒获得速度，这样就避免了直接对其进行加速时所带来的磨损和接触性损伤，该加速系统可以建模抽象为在足够长的固定水平平行导轨上放有两个金属棒MN和PQ，磁感应强度B=0.5T的匀强磁场与导轨所在水平面垂直，方向竖直向下，导轨电阻很小，可忽略不计。如图为模型俯视图，导轨间的距离L=1.0m,每根金属棒质量均为m=1.0kg,电阻都为R=5.0Ω，可在导轨上无摩擦滑动，滑动过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好，在t=0时刻，两金属棒都处于静止状态，现有一与导轨平行、大小为F=2.0N恒力作用于金属棒MN上，使金属棒MN在导轨上滑动，经过t=10s,金属棒MN的加速度a=1.6m/s2，求：
如图所示，足够长的粗糙金属导轨POQ，夹角∠POQ=60°，PO=OQ，P、Q两端点均在水平面上，导轨平面与水平面的夹角为α．质量为m的匀质金属杆MN垂直于∠POQ的角平分线对称放置在导轨上，其重心在角平分线上．金属杆和导轨单位长度的电阻均为r,且始终保持良好接触．若用大小F=2mgsinα、方向沿∠POQ的角平分线向上的力F作用在金属杆MN的重心点上，金属杆恰可沿力F的方向匀速向上运动．撤去力F后，给导轨处加上一个区域足够大的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），磁场方向垂直于导轨平面．初始时刻金属杆到O点的距离为a,给金属杆一个沿∠POQ角平分线向下的初速度v0．求：（不计感应电流之间的相互作用）
如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小为B=0.5T．在区域Ⅰ中，将质量m1=0.1kg,电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg,电阻R2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑，cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g=10m/s2，问
，圆心角θ＝120°，在圆弧上端有两弹性挡板C和C'。质量为m1＝1kg的金属棒P从离水平面高度h＝3.2m处静止释放，经过AA'滑上水平轨道；P穿过磁场区域后，与另一根质量为m2＝2kg的静置在导轨上的金属棒Q发生弹性碰撞，碰后Q恰好能上升到C和C'处，两金属棒的电阻值均为R＝0.2Ω，重力加速度g＝10m/s2，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计，两根金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。求：
如图所示，地面上方高为H的空间，分布着水平方向的磁场。取竖直向下为x轴正方向，水平方向为y轴方向。在xoy平面内，磁感应强度在y轴方向不发生变化，竖直方向随x变化的关系为Bx=B0+kx,式中B0和k均为常量。用质量为m、电阻为R的匀质薄金属条制成的边长为L的比荷正方形单匝线框，从图示位置由静止开始释放，线框在下落过程中保持竖直，已知线框达到最大速度后，最终落到地面，不计空气阻力，重力加速度为g。
如图，两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一阻值为R的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1=kt,式中k为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN（虚线）与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里。某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动，在t0时刻恰好以速度v0越过MN，此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计，k＞0．求：
图中MN和PQ为竖直方向的两个无限长的平行直金属导轨，间距为L，电阻不计．导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直．质量m、电阻为r的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触，导轨一端接有阻值为R的电阻．由静止释放导体棒ab,重力加速度为g.
小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l=0.50m,倾角θ=53°，导轨上端串接一个0.05Ω的电阻。在导轨间长d=0.56m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B=2.0T．质量m=4.0kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24m。一位健身者用恒力F=80N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置（重力加速度g=10m/s2，sin53°=0.8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量）。求
如图所示，倾斜角θ=30°的光滑倾斜导体轨道（足够长）与光滑水平导体轨道连接。轨道宽度均为L=1m,电阻忽略不计。匀强磁场Ⅰ仅分布在水平轨道平面所在区域，方向水平向右，大小B1=1T；匀强磁场Ⅱ仅分布在倾斜轨道平面所在区域，方向垂直于倾斜轨道平面向下，大小B2=1T．现将两质量均为m=0.2kg,电阻均为R=0.5Ω的相同导体棒ab和cd,垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放。取g=10m/s2。
如图所示，是某同学设计的一种磁动力电梯的原理图，即在竖直平面内有两根很长的平行竖直金属轨道MN和PQ，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场，两导轨下端用导线相连。处于金属轨道间的导体杆ab与轨道垂直，且正下方通过绝缘装置固定电梯轿厢，当磁场向上运动时，电梯可向上运动（设运动过程中ab始终与导轨垂直且接触良好）。已知匀强磁场强度为B，电梯载人时电梯轿厢及ab杆的总质量为M，两导轨间的距离为L，导体杆电阻为R，其余部分电阻不计。当磁场以v0的速度匀速上升时，电梯轿厢刚好能离开地面。不计空气阻力，ab杆与轨道的最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等。重力加速度为g。求：（1）此时通过ab杆电流的方向及ab杆受到轨道摩擦力的大小；
如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，其上端连接一阻值为R的电阻，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m,电阻也为R的导体棒在距磁场上边界h处由静止释放。导体棒进入磁场后做减速运动，在磁场中向下运动了d后最终稳定，此时通过电阻R的电流为I．整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨电阻及空气阻力。求：
如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ固定在水平面上，间距为l,MP间接阻值为R的定值电阻，质量为m的金属棒ab垂直导轨放置，导轨和金属棒电阻不计，整个装置处于方向垂直导轨平面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。现给金属棒ab一个水平外力使金属棒从静止开始向右匀加速运动，速度达到v时水平外力大小为该时刻安培力大小的2倍，运动过程中金属棒始终垂直导轨且与导轨接触良好。求：
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2025-02-14
高中物理 | 高二上 | 解答题
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