题目内容

【题目】如图甲所示,两根电阻不计的光滑平行金属导轨PQFMNE相距L=0.8m,轨道的PQMN段为圆弧轨道,分别与固定在水平面上的QF段和NE段平滑连接,轨道右端足够长。金属杆abcd锁定在图示位置,此时杆ab距离水平轨道的竖直高度为h=0.8m,杆cd到圆弧轨道末端的距离为x=2.5m,杆abcd与两金属导轨垂直且接触良好,已知杆abcd的质量均为m=0.4kg、电阻均为R=0.4Ω,金属导轨的水平部分处于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,取重力加速度g=10m/s2

1)求02s内通过杆ab感应电流的大小和方向;

2t=2s时刻自由释放杆ab,保持杆cd处于锁定状态,待杆ab进入磁场运动x1=lm时,立即解除杆cd锁定,求t=2s后杆cd中产生的焦耳热。

【答案】1I=1.25A,方向由a指向b;(2Qcd=1.4J

【解析】

102s内由法拉第电磁感应定律

S=Lx

据图象可得

解得

I=1.25A

感应电流方向由a指向b

2)杆ab下滑过程

解得

v0=4m/s

ab进入磁场后,设其速度为v时,取一段极短时间Δt,有

-Ft=mv

解除杆cd锁定时,设杆ab速度为v1,杆ab进入磁场后到解除杆cd锁定时,有

解得

v1=2m/s

解除杆cd锁定后,杆ab和杆cd组成的系统动量守恒,可得

解得

v2=1m/s

从杆ab进磁场到最终共速,据能量关系可得

解得

Qcd=1.4J

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