题目内容
(12分)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L, 一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻。求:
(1)磁感应强度的大小B;
(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;
(3)流经电流表电流的最大值
(4)若导体棒从进入磁场到达电流稳定状态过程中通过电流表的电量为q,求导体棒从释放到电流稳定过程所经历的时间。
(1)B=
(2)v=
(3)Im=
(4)
【解析】(1)电流稳定后,导体棒做匀速运动 BIL=mg ①
解得 B= ②
(2)感应电动势 E=BLv ③
感应电流 I= ④
由②③④式解得 v=
(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为vm
机械能守恒 mv=mgh
感应电动势的最大值 Em=VLvm
感应电流的最大值 Im=
解得 Im=
(4)设导体棒从释放到电流稳定所经历的时间为t,进入磁场的时间为t’
由动量定理得
又有
所以