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解答题 较难0.4 引用6 组卷850
如图所示,两条足够长的光滑金属导轨互相平行,它们所在的平面跟水平面成角,两导轨间的距离为两导轨的顶端用阻值为电阻相连,在导轨上垂直于导轨放一质量为,电阻为的导体棒,导体棒始终与导轨连接良好,其余电阻不计,水平虚线下方的导轨处在磁感应强度为的匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向上,为磁场区域的上边界,现将导体棒从图示位置由静止释放,导体棒下滑过程中始终与导轨垂直,经过时间,导体棒的速度增加至,重力加速度为,求:
(1)导体棒速度为时加速度的大小;
(2)在时间内,流过导体棒某一横截面的电荷量
(3)导体棒速度达到稳定后沿导轨继续下滑,在这个过程中,电阻上会产生焦耳热,此现象可以从宏观与微观两个不同角度进行研究。经典物理学认为,在金属导体中,定向移动的自由电子频繁地与金属离子发生碰撞,使金属离子的热振动加剧,因而导体的温度升高,在考虑大量自由电子的统计结果时,电子与金属离子的频繁碰撞结果可视为导体对电子有连续的阻力,若电阻是一段粗细均匀的金属导体,自由电子在导体中沿电流的反方向做直线运动,基于以上模型,试推导出导体棒速度达到稳定后沿导轨继续下滑距离的过程中,电阻上产生的热量
2022·天津和平·二模
知识点:导体棒平动切割磁感线产生的动生电动势计算导轨切割磁感线电路中产生的热量求导体棒运动过程中通过其截面的电量 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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宏观问题是由微观机制所决定的。对同一个物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度研究,找出其内在联系,从而可以更加深刻地理解其物理本质。
如图1所示,一根横截面积为S的细金属棒,金属棒内单位体积有n个自由电子,电子质量为m、电荷量为e
(1)将此金属棒接入电路后,若通过导体的电流强度为I,则金属棒内自由电子定向移动的速率v为多少?
(2)经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中会产生一稳定的电场,称为稳恒电场,这种电场的基本性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在恒定电场的电场力驱动下由静止开始加速移动,然后与导体中可视为不动的金属离子发生“碰撞”,“碰撞”后电子沿导体方向定向移动的速率变为零,然后再加速、再“碰撞”……这个过程中,自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的就是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞产生的效果。假设自由电子连续两次碰撞的平均时间间隔为,碰撞时间不计,不考虑自由电子之间的相互作用力。请根据以上描述构建物理模型,推导该金属棒电阻率的表达式。
(3)如图2所示,水平放置的电阻可忽略的两根平行金属导轨相距为L,导轨左端接一阻值为的电阻,将问题(1)中的金属棒(名为ab)垂直放在导轨上,并接触良好,整个装置放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面,不计金属棒ab的电阻。当ab棒以速度v水平向右匀速滑动时,
a. 从宏观角度看,请你根据电动势的定义式,求金属棒ab在运动过程中,产生的感应电动势E
b. 从微观角度看,金属棒ab稳定运动时,自由电子沿棒的方向运动,会经历如(2)中所描述“加速—碰撞—速度归零—再加速”过程,该过程可等效成电子在金属离子的作用下,受到一平均阻力。已知金属棒电阻率为,根据以上分析,求此平均阻力的大小f

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