题目内容
【题目】如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距L=1m,两轨道之间用电阻R=2Ω连接,有一质量m=0.5kg的导体杆静止地放在轨道上与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上。现用水平拉力F沿轨道方向拉导体杆,使导体杆从静止开始做匀加速运动。经过位移x=0.5m后,撤去拉力,导体杆又滑行了x′=1.5m后停下。求:
(1)整个过程中通过电阻R的电荷量q;
(2)拉力的冲量大小IF;
(3)整个过程中导体杆的最大速度vm;
(4)在匀加速运动的过程中,拉力F与时间t的关系式。
【答案】(1)2C(2)4kg·m/s(3)6m/s(4)F=72t+18(N)
【解析】
(1)导体杆切割磁感线产生的感应电动势
E=
回路中电流
I=
通过电阻R的电荷量
q=IΔt=
磁通量ΔΦ=BLΔx,又Δx=x+x′
代入数据可得
q==C=2C
(2)根据动量定理
IF-F安Δt=0-0
F安=BIL,Δt为导体杆整个过程中所用时间
IF=BILΔt=BLq
所以
IF=4kg·m/s。
(3)当撤去力F后,根据楞次定律可以判断感应电流必定阻碍导体杆的相对运动,所以杆做减速运动,杆的最大速度应该为撤去外力F瞬间的速度。
撤去F之后通过电阻R的电荷量为
q2=
撤去外力F之后,以水平向右为正方向,根据动量定理,则
-BLq2=0-mvm
联立上式得导体杆的最大速度为
vm=6m/s
(4)根据受力分析可知
F-BL=ma
由运动学公式v=at,vm2=2ax
可解得
a=36m/s2
联立上式可得关系式为
F=72t+18(N)
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