题目内容

水平轨道PQ、MN两端各接一个阻值R1=R2=8Ω的电阻,轨道间距L=1.0m,轨道很长,轨道电阻不计.轨道间磁场按如图所示的规律分布,其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度均为10cm,磁感应强度大小均为B=1.0T,每段无磁场的区域宽度均为20cm,导体棒ab本身电阻r=1.0Ω,导体棒与导轨接触良好.现使导体棒ab以v=1.0m/s的速度始终向右匀速运动.求:
(1)当导体棒ab从左端进入磁场区域开始计时,设导体棒中电流方向从b流向a为正方向,通过计算后请画出电流随时间变化的i-t图象;
(2)整个过程中流过导体棒ab的电流为交变电流,求出流过导体棒ab的电流有效值.(结果保留2位有效数字)
分析:(1)根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势的大小,通过闭合回路欧姆定律求出感应电流的大小,根据右手定则判断出感应电流的方向,从而作出电流与时间的变化图象.
(2)根据电流的热效应,结合电流有效值的定义求出电流的有效值.
解答:解:(1)金属棒在两个磁场中切割磁感线产生的电动势为:E=BLv=1.0×1.0×1.0V=1.0V.
金属棒中的电流为:I=
E
R+r
=
1.0
4+1
=0,2A

流过金属棒的电流随时间的变化规律如图所示.

(2)电流流过金属棒的周期为T=
s
v
=
40×10-2
1.0
=0.40s

I2RT=2I2R△t得,I2=
2I2△t
T

所以I=0.14A.
答:(1)电流随时间变化的i-t图象如图所示.
(2)流过导体棒ab的电流有效值为0.14A.
点评:本题考查电磁感应与电路的综合,掌握切割产生的感应电动势公式、闭合电路欧姆定律等知识,并能灵活运用.
练习册系列答案
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磁悬浮列车是一种高速运载工具,它由两个系统组成.一是悬浮系统,利用磁力使车体在轨道上悬浮起来从而减小阻力.另一是驱动系统,即利用磁场与固定在车体下部的感应金属线圈相互作用,使车体获得牵引力,图22就是这种磁悬浮列车电磁驱动装置的原理示意图.即在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B.列车底部固定着绕有N匝闭合的矩形金属线圈abcd(列车的车厢在图中未画出),车厢与线圈绝缘.两轨道间距及线圈垂直轨道的ab边长均为L,两磁场的宽度均与线圈的ad边长相同.当两磁场Bl和B2同时沿轨道方向向右运动时,线圈会受到向右的磁场力,带动列车沿导轨运动.已知列车车厢及线圈的总质量为M,整个线圈的总电阻为R.
(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;
(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量;
(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0

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(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;

(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量;

(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0

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(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受总的阻力大小应满足的条件;
(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量;
(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止沿水平向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车也正在以速度v1向右做匀加速直线运动,求两磁场开始运动后到列车开始起动所需要的时间t0

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(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止沿水平向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车也正在以速度v1向右做匀加速直线运动,求两磁场开始运动后到列车开始起动所需要的时间t0

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