高中物理焦耳定律计算题

如图（甲），MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ = 30°角固定，M、P之间接电阻箱R，电阻箱的阻值范围为0～4Ω，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B = 0.5T。质量为m的金属杆a b水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆a b，测得最大速度为v_m。改变电阻箱的阻值R，得到v_m与R的关系如图（乙）所示。已知轨距为L = 2m，重力加速度g=l0m/s²，轨道足够长且电阻不计。

（1）当R = 0时，求杆a b匀速下滑过程中产生感生电动势E的大小及杆中的电流方向；
（2）求金属杆的质量m和阻值r；
（3）求金属杆匀速下滑时电阻箱消耗电功率的最大值P_m。

如图所示，直流电动机M串联在直流电路中，其轴与圆盘中心O相连．开关S断开时，电压表的读数12.6V，开关S接通时，电流表的读数为2A，电压表的读数为12V．圆盘半径为5cm，测速计测得圆盘的转速为r/s，两弹簧秤的读数分别为F₁=7N，F₂=6.10N，问：

（1）电动机的输出功率、效率各为多少？
（2）拉紧皮带可使电动机停转，此时电压表、电流表的读数各为多少？电动机的输入功率为多大？

如图所示，电源内阻r=1Ω，R₁=2Ω，R₂=6Ω，灯L上标有“3V、1.5W”的字样，当滑动变阻器R₃的滑片P移到最右端时，电流表示数为1A，灯L恰能正常发光。

（1）求电源的电动势；
（2）求当P移到最左端时，电流表的示数；
（3）当滑动阻器的Pb段电阻多大时，变阻器R₃上消耗的功率最大？最大值多大？

两根足够长的光滑平行直导线MN、PQ与水平面成角放置，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为的均匀直金属杆放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好，它们的电阻不计，现让杆由静止开始沿导轨下滑。

（1）求杆下滑的最大速度；
（2）杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻R产生的焦耳热为Q，求该过程中杆下滑的距离。

如图所示，在光滑绝缘的水平面上有一个用一根均匀导体围成的正方形线框abcd，其边长为L，总电阻为R，放在磁感应强度为B.方向竖直向下的匀强磁场的左边，图中虚线MN为磁场的左边界。线框在大小为F的恒力作用下向右运动，其中ab边保持与MN平行。当线框以速度v₀进入磁场区域时，它恰好做匀速运动。在线框进入磁场的过程中，

（1）线框的ab边产生的感应电动势的大小为E 为多少？
（2）求线框A.b两点的电势差。
（3）求线框中产生的焦耳热。

如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽度，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为的电阻，质量为、电阻为的金属棒紧贴在导轨上。现使金属棒由静止开始下滑，下滑过程中始终保持水平，且与导轨接触良好，其下端距离与时间关系如图乙所示，图像中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，（忽略棒运动过程中对原磁场的影响），试求：

（1）当时，重力对金属棒做功的功率；
（2）金属棒在开始运动的内，电阻R上产生的热量；
（3）磁感应强度B的大小。

如图，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距L，左端与一电阻R相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向竖直向下。一质量为m的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速度v匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，导轨和导体棒的电阻均可忽略。求

（1）电阻R消耗的功率；（2）水平外力的大小。

如图所示，电源电动势E=10V，其内阻r=1。固定电阻的阻值R₁=3，可变电阻R₂的阻值可在0~20之间调节，电容器的电容C=30μF。求：

(1)闭合开关S，当R₂=1时，求R₂消耗的功率；
(2)在（1）的情况下，电容器上极板所带的电量；
(3)闭合开关S，当R₂取何值时，R₂消耗的功率最大，最大功率为多少。

有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔，通过在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况，如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10 cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ＝0.314 Ω·m，现在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U＝100 V，I＝100 mA。

(1)求：该钻孔的深度。
(2)若截取一段含盐水的圆柱体与电动势为200 V、内阻为100 Ω的电源相连，通电10 min，当截取的圆柱体长度为多少时，盐水产生的热量最多，最多为多少？

如图所示，电源电动势E=12V，内阻r=3Ω，R₀=1Ω，直流电动机内阻R₀′=1Ω．当调节滑动变阻器R₁，使甲电路输出功率最大．调节R₂使图乙电路输出功率也最大，且此时电动机刚好正常工作（其额定输出功率为2W），求此时R₁和R₂连入电路部分的阻值。

如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d=40cm．电源电动势E=24V，内电阻r=1Ω，电阻R=15Ω．闭合S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v₀=4m/s竖直向上射入板间．若小球带电量为q=1×10^-2C，质量为m=2×10^-2kg，不考虑空气阻力．那么，滑动变阻器滑片P在某位置时，小球恰能到达A板。求（取g=10m/s²）：

（1）两极板间的电场强度大小；（2）滑动变阻器接入电路的阻值；（3）此时，电源的输出功率。

有一个用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m＝50 kg，电路电压为120 V，当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝5 A，求：
（1）电动机线圈的电阻R等于多少．
（2）电动机对该重物的最大提升速度是多少．
（3）若因故障电动机不能转动，这时通过电动机的电流是多大，电动机消耗的电功率又为多大．（取g＝10 m/s²）

某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛．比赛路径如图所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟．已知赛车质量m=0.1kg，通电后以额定功率P=1.5W工作，进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N，随后在运动中受到的阻力均可不计．图中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，S=1.50m．问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？（取g=10m/s²）

如图所示，变阻器R₂的最大电阻是6Ω，与有关规格为（6V，3W）的灯泡R₁串联接在电路中，电源的电动势E=8V，当电键S闭合，变阻器的滑片在中点位置时，灯泡正常发光，设灯泡阻值恒定不变，求：

（1）电源的内电阻r；
（2）电源的输出功率．

如图所示，电源电动势为E，内阻r=2Ω，定值电阻R₂=40Ω，右端连接间距d=0.04m、板长L=10cm的两水平放置的平行金属板，板间电场视为匀强电场。闭合开关，将质量为m=1.6×10^-6kg、带电量q=3.2×10^-8C的微粒以初速度v₀=0.5m/s沿两板中线水平射入板间。当滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω时，微粒恰好沿中线匀速运动，通过电动机的电流为0.5A。已知电动机内阻R₁=2Ω，取g=10m/s²。试问：

（1）电源电动势为E多大？
（2）在上述条件下，电动机的输出功率和电源的输出功率？
（3）为使微粒不打在金属板上，R₂两端的电压应满足什么条件？