题目内容

(15分)如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1 m,导轨平面与水平面成θ = 37°角,下端连接阻值为R=2Ω的电阻。磁场方向垂直导轨平面向上,磁感应强度为0.4T。质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25。金属棒沿导轨由静止开始下滑。(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)  

(1)判断金属棒下滑过程中产生的感应电流方向;  
(2)求金属棒下滑速度达到5m/s时的加速度大小;
(3)当金属棒下滑速度达到稳定时,求电阻R消耗的功率。

见解析

解析试题分析:(1)由右手定则判断金属棒中的感应电流方向为由a到b  (2分)  
(2) 金属棒下滑速度达到5 m/s时产生的
感应电动势为V = 2V  ……(1分)
感应电流为 A = 1A  ……(1分)
金属棒受到的安培力为 N =" 0.4" N  ……(1分)
由牛顿第二定律得:  ……(2分)
解得:a = 2m/s2  ……(2分)
(3)设金属棒运动达到稳定时,所受安培力为F/,棒在沿导轨方向受力平衡
    (2分)
解得: 0.8 N      (2分)
此时感应电流为A = 2A    (2分)
电路中电阻R消耗的电功率:W = 8W      (2分)
(另解:由,解得稳定时速度达到最大值m/s,本题克服安培力做功功率等于电阻R消耗的电功率,所以W=8W)
考点:导体棒切割磁感线时的感应电动势,共点力平衡的条件及其应用,牛顿第二定律,电磁感应中的能量转化

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