Documento Nacional 1 Ciencias Integrales_Documento Nacional Ciencias Integrales Pregunta 25 (Pregunta final en Física)

25. (18 puntos) Como se muestra en la figura, MN y PQ son dos rieles guía metálicos paralelos, lo suficientemente largos y colocados horizontalmente, con un espacio de L = 1 m, todo el espacio está delimitado por; OO′, y hay un riel guía vertical a la izquierda. Para un campo magnético uniforme sobre una superficie plana, la intensidad de inducción magnética es B 1 = 1T. Hay un campo magnético uniforme con la misma dirección e intensidad de inducción magnética B 2 =. 2T en el lado derecho. Dos varillas conductoras idénticas a y b tienen una masa de m = 0,1 kg, el coeficiente de fricción cinética entre ellas y el riel guía es μ = 0,2 y su resistencia entre los rieles guía es R = 1 Ω. Al principio, las varillas a y b están estacionarias en el riel guía. Ahora use una fuerza constante F = 0,8 N paralela al riel guía para tirar de la varilla b hacia la derecha. Supongamos que la varilla a siempre se mueve hacia la izquierda de OO′, la varilla b siempre se mueve hacia la derecha de OO′, las otras resistencias excepto la varilla conductora no se cuentan, la fuerza de fricción por deslizamiento y la fuerza de fricción estática máxima son iguales, y g es 10m/s2.

(1) Cuando la varilla a comienza a deslizarse, encuentre la velocidad de la varilla b

(2) Cuando la aceleración de la varilla b es 1,5 m/s2, encuentre la aceleración de la varilla; a

(3) Se sabe que después de un tiempo suficientemente largo, la varilla b comienza a moverse con una aceleración uniforme. Encuentre la aceleración del movimiento uniformemente acelerado y calcule la potencia térmica de la corriente en la varilla. una en este momento.

25. (1) Suponga que la corriente cuando se desliza la varilla a es I y la velocidad de la varilla b es v

Obtenga: B 1IL =μmg (1) De la ley de inducción electromagnética de Faraday y la ley de Ohm: I =B 2Lv (2 ) 2R

De (1) (2), obtenemos: v =0.2m/s

(2) Sea la aceleración de la varilla a a 1, y la aceleración de la varilla b sea a 2. De la segunda ley de Newton

B 1IL -μmg =ma 1 (4)

F -B 2IL -μmg =ma 2 (5)

De (4 ) (5): a 1=0.25m/s (6)

(3) Suponga que la varilla a comienza a moverse con una aceleración uniforme con aceleración a 1, y la aceleración de la varilla b es a 2 Según la segunda ley de Newton

B 1IL -μmg =ma 1 (7)

F -B 2IL -μmg =ma 2 (8) De la ley electromagnética de Faraday. inducción y ley de Ohm: I =B 2Lv 2-B 1Lv 1 (9) 2R

Dado que la corriente no cambia, entonces (B 2Lv 2-B 1Lv 1) constante (10)

Entonces la aceleración de las dos varillas satisface la siguiente relación: 2a 2=a 1 (11)

De (7) (8) (11), obtenemos I =0.28A a 2= 0.4m/s

W de Joule Conoce la ley: P =I R =078

Explicación: La pregunta (1) vale 4 puntos, la pregunta (2) vale 5. puntos, y la pregunta (3) vale 9 puntos.

3-5 (1) ABE

(2) Suponga que las velocidades de las bolas A y B después de la colisión son VA y VB respectivamente. A partir de la conservación del momento, sabemos: mv 0=mv A 2mv B (1) De la conservación de la energía, sabemos: ?21121212mv 0=mv A 2mv B (2) 2222

De (1) (2), v 0

B =v

2=2gR v v 0

B =6 (cayó)

Suponga que la bola B puede moverse en forma circular orbita cuando su velocidad puntual más baja es v N El punto más alto se puede conocer a partir de la conservación de la energía mecánica: 1

22mv 22R 12

N =2mg 22mv P

(4) F =m v 2

Desde R

2m g =2m v 2

P

R

(5)

De la fórmula (4) (5) sabemos: v N =gR Dado que v B

3) 6) ( (

25. (18 puntos) Como se muestra en la figura, los rieles metálicos paralelos lisos se colocan horizontalmente, la resistencia no se cuenta, la distancia entre los rieles es l y se conecta una resistencia con una resistencia de R al lado izquierdo Hay un campo magnético uniforme acotado hacia abajo en el área cdef, y el ancho del campo magnético es s-masa. Una varilla de metal MN con m y resistencia r se coloca sobre el riel guía, perpendicular al riel guía y en buen estado. contacto Se somete a una fuerza externa horizontal de F = 0,5v + 0,4 (N) (v es la velocidad de la varilla de metal. Como resultado, el límite izquierdo del campo magnético comienza a moverse desde el reposo, y el. Se mide que el voltaje a través de la resistencia aumenta uniformemente con el tiempo (conocido: l = 1 m, m = 0,1 kg, R = 0,3 Ω, r = 0,2 Ω, s

= 1 m)

(1) Analiza y explica qué tipo de movimiento realiza la varilla de metal en el campo magnético /p>

(2) Encuentra la magnitud de la intensidad de inducción magnética B.

B. 2l 2

(3) Si se elimina la fuerza externa, la velocidad v de la varilla cambia con el desplazamiento x Si se satisface v = v 0 - x, y la varilla está en reposo cuando se mueve. m (R + r )

a ef, ¿cuál es el tiempo que tarda en actuar la fuerza externa F

25. Como se muestra en la figura, hay un resorte ligero en el? mesa horizontal, con su extremo izquierdo fijado en el punto A, y su extremo derecho en el punto B en su estado natural. En el lado derecho de la mesa horizontal hay una pista vertical MNP, cuya forma está cortada de un círculo de radio R. = 1,0 m Un arco de 120° en la esquina superior izquierda, MN es su diámetro vertical y la distancia vertical desde el punto P a la mesa es h = 2,4 m. Utilice un bloque pequeño con masa m = 0,4 kg para comprimir lentamente. el resorte al punto C. Después de soltar el resorte, el objeto se mueve a lo largo de la mesa horizontal rugosa, sale volando de la mesa desde D y cae en la órbita circular a lo largo de la línea tangente desde el punto P. (Ignorando la resistencia del aire, g es 10 m/s2) Encuentre:

(1) La velocidad v D del objeto pequeño cuando se aleja del punto D; Si la órbita MNP es suave, la presión F N que ejerce el pequeño bloque sobre la vía

cuando pasa por el punto más bajo N de la vía;

(3) Si la órbita pequeña El bloque m puede llegar justo al punto más alto M de la pista, todo el movimiento pasará

p>

El trabajo realizado por él para superar la fuerza de fricción durante el proceso es 8 J, entonces la elasticidad del resorte que comienza a comprimirse