高中物理日光灯镇流器的作用和原理计算题

如图所示，左右两边分别有两根平行金属导轨相距为L，左导轨与水平面夹30°角，右导轨与水平面夹60°角，左右导轨上端用导线连接。导轨空间内存在匀强磁场，左边的导轨处在方向沿左导轨平面向下，磁感应强度大小为B的磁场中。右边的导轨处在垂直于右导轨斜向上，磁感应强度大小也为B的磁场中。质量均为m的导杆ab和cd垂直导轨分别放于左右两侧导轨上，已知两导杆与两侧导轨间动摩擦因数均为μ=，回路电阻恒为R，若同时无初速释放两导杆，发现cd沿右导轨下滑距离时，ab杆才开始运动。（认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。

（1）试求ab杆刚要开始运动时cd棒的速度
（2）以上过程中，回路中共产生多少焦耳热？
（3）cd棒的最终速度为多少？

一个质量m =0.1kg的正方形金属框，其电阻R=0.5Ω，金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端（金属框上边与AB重合），由静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边CD平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端（金属框下边与CD重合）。设金属框在下滑过程中的速度为v，与此对应的位移为s, 那么v²-s图像如图所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上，取g=10m/s²

（1）根据v²-s图像所提供的信息，计算斜面的倾角θ和匀强磁场的宽度d
（2）计算匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（3）现用平行于斜面沿斜面向上的恒力F₁作用在金属框上，使金属框从斜面底端CD（金属 框下边与CD重合）由静止开始沿斜面向上运动，匀速通过磁场区域后，平行斜面沿斜面向上的恒力大小变为F₂,直至金属框到达斜面顶端（金属框上边与从AB重合）_c试计算恒力 F₁、F₂所做总功的最小值？ （F₁、F₂虽为恒力，但大小均未知） .

如图所示，相距20cm的平行金属导轨所在平面与水平面夹角θ＝37°，现在导轨上放一质量为330g的金属棒ab，它与导轨间动摩擦因数为0.5，整个装置处于磁感应强度为2T的竖直向上匀强磁场中，导轨所接电源的电动势为15V，内阻不计，滑动变阻器的阻值满足要求，其他部分电阻不计，g取10m/s²，为了保证ab处于静止状态(cosθ＝0.8)，则：
（1）ab通入的最大电流为多少？
（2）ab通入的最小电流为多少？
（3）R的调节范围至少多大？

如图所示，质量为0.05kg，长l＝0.1m的铜棒，用长度也为l的两根轻软导线水平悬挂在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.5T.不通电时，轻线在竖直方向，通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度θ＝37°，求此棒中恒定电流多大？(不考虑棒摆动过程中产生的感应电流，g取10N/kg)
同学甲的解法如下：对铜棒受力分析如图所示：

当最大偏转角θ＝37°时，棒受力平衡，有：
F_Tcosθ＝mg，F_Tsinθ＝F_安＝BIl
得I＝＝A＝7.5A
同学乙的解法如下：
F_安做功：W_F＝Fx₁＝BIlsin37°×lsin37°＝BI(lsin37°)²
重力做功：
W_G＝－mgx₂＝－mgl(1－cos37°)

由动能定理得：W_F＋W_G＝0
代入数据解得：I＝A≈5.56A
请你对甲、乙两同学的解法作出评价：若你对两者都不支持，则给出你认为正确的解答．

如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m，质量为6×10^－2kg的通电直导线，电流强度I＝1A，方向垂直于纸面向外，导线用平行斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4T，方向竖直向上的磁场中．设t＝0时，B＝0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？(g取10m/s²)

在倾斜角θ＝30°的光滑导体滑轨A和B的上端接入一个电动势E＝3 V，内阻不计的电源，滑轨间距L＝10 cm，将一个质量m＝30 g，电阻R＝0.5 Ω的金属棒水平放置在滑轨上，若滑轨周围加一匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在滑轨上，如图所示，求滑轨周围空间所加磁场磁感应强度的最小值及其方向．

(16分)(2010·盐城模拟)粗细均匀的直导线ab的两端悬挂在两根相同的

弹簧下边，ab恰好处在水平位置(如图13所示)．已知ab的质量为m
＝10 g，长度L＝60 cm，沿水平方向与ab垂直的匀强磁场的磁感应强
度B＝0.4 T.图13
(1)要使两根弹簧能处在自然状态，既不被拉长，也不被压缩，ab中应沿什么方向、通过多大的电流？
(2)当导线中有方向从a到b、大小为0.2 A的电流通过时，两根弹簧均被拉长了Δx＝1 mm，求该弹簧的劲度系数．
(3)当导线中由b到a方向通过0.2 A的电流时两根弹簧被拉长多少？(取g＝9.6 m/s²＝
9.6 N/kg)

据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离 $w=0.10m$，导轨长 $L＝5.0m$，炮弹质量 $m=0.30kg$。导轨上的电流 $I$的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为 $Ｂ＝2.0Ｔ$，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为 $v=2.0\times {10}^{3}m/s$，求通过导轨的电流 $I$。忽略摩擦力与重力的影响。

$t=0$时，磁场在 $x0y$平面内的分布如题23图所示.其磁感应强度的大小均为 $B_0$,方向垂直于 $x0y$平面,相邻磁场区域的磁场方向相反.每个同向磁场区域的宽度均为 $1_0$.整个磁场以速度 $v$沿 $x$轴正方向匀速运动.

（1）若在磁场所在区间， $x0y$平面内放置一由 $a$匝线圈串联而成的矩形导线框 $abcd$,线框的 $bc$边平行于 $x$轴. $bc=1_B$、 $ab=L$,总电阻为 $R$,线框始终保持静止.求
①线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小;
②线框所受安培力的大小和方向.
（2）该运动的磁场可视为沿x轴传播的波，设垂直于纸面向外的磁场方向为正，画出 $L=0$时磁感应强度的波形图，并求波长 $\lambda$和频率 $f$.

如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过 $O$点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度 $OA$为 $L_1$，垂直纸面的宽度为 $L_2$。在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为 $m$，长为 $L_2$的导体棒使膜绷成平面。在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能，并将光能转化成电能。光电池板可等效为一个电池，输出电压恒定为U；输出电流正比于光电池板接收到的光能（设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定）。导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场 $B$中，并与光电池构成回路，流经导体棒的电流垂直纸面向外（注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出）。

（1）若有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成 $\theta ＝{60}^0$时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度的大小和光电池的输出功率。

（2）当 $\theta$变成 ${45}^0$时，通过调整电路使导体棒保持平衡，光电池除维持导体棒力学平衡外，不能输出多少额外电功率？

圆心为O、半径为r的圆形区域中有一个磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，与区域边缘的最短距离为L的处有一竖直放置的荧屏MN，今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿方向垂直射入磁场，越出磁场后打在荧光屏上之P点，如图所示，求的长度和电子通过磁场所用的时间。