题目内容

【题目】如图所示,两根相距L=0.5 m的光滑平行金属导轨MNPQ处于同一水平面内,导轨的左端用R=3 Ω的电阻相连,导轨电阻不计,导轨上跨接一电阻r=1 Ω的金属杆ab,质量m=0.2 kg,整个装置放在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=2 T,现对杆施加水平向右的拉力F=2 N,使它由静止开始运动,求:

1)杆能达到的最大速度vm为多大?

2)若已知杆从静止开始运动至最大速度的过程中通过的位移x1=10 m,电阻R上产生的电热QR为多少?

3)若杆达到最大速度后撤去拉力,则其继续向前运动的最大位移x2多大?

【答案】vm=8 m/s;QR= 10.2 J;x2=6.4 m

【解析】

1)当导体棒加速度为零时,速度最大,根据平衡条件,有:F=F=ILB,感应电流:I= 代入数据联立可得vm=8 m/s

2)对导体棒由动能定理可得: Fx1+W= mv2,根据功能关系有:Q=W,因为外电阻与内阻为串联关系,根据焦耳定律可知:QR= Q ,联立可得QR= 10.2 J

3)对导体棒由动量定理可得:-BLIt = 0mv,感应电动势:,电流:,电量:= ,联立可得x2=6.4 m

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