题目内容

(2009?上海模拟)如图所示,在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,有两条光滑的平行金属导轨,其电阻不计,间距为L,导轨平面与磁场方向垂直,ab、cd为垂直放置在导轨上的两根相同的金属棒,它们的电阻都为R、质量都为m,abdca构成闭合回路,cd棒用能承受最大拉力为FT的水平细线拉住,ab棒在水平拉力F的作用下以加速度a由静止开始向右做匀加速运动.
求:(1)经多长时间细线将被拉断;
(2)细线被拉断前,F随时间t的变化规律;
(3)从ab棒开始运动到cd棒刚要开始运动的过程中,流过cd棒的电荷量.
分析:(1)当细线所受的拉力达到最大值FT时将被拉断,此时拉力恰好与所受的安培力大小相等.由E=BLv,v=at、I=
E
2R
和安培力公式F=BIL推导出安培力的表达式,即可由平衡条件列式求出时间t;
(2)对ab棒,根据牛顿第二定律列式,得到F与t的变化规律;
(3)根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和q=It,得到流过cd棒的电荷量.
解答:解:(1)设经t时间细线将被拉断,此时棒ab产生的感应电动势为 E=BLv=BLat,
  回路中感应电流为I=
E
2R

  cd棒所受的安培力为 F=BIL=
B2L2a
2R
t=FT
解得 t=
2RFT
B2L2a

(2)细线被拉断前,对ab棒,由牛顿第二定律得
   F-BIL=ma,所以F=
B2L2a
2R
t+ma
(3)从ab棒开始运动到cd棒刚要开始运动的过程中,由
.
E
=
△Φ
△t
,I=
.
E
2R
,q=
.
I
△t

 q=
△φ
2R
=
BL?
1
2
at2
2R

将t=
2RFT
B2L2a
代入得 q=
R(FT)2
B3L3a

答:
(1)经
2RFT
B2L2a
时间细线将被拉断;
(2)细线被拉断前,F随时间t的变化规律为:F=
B2L2a
2R
t+ma;
(3)从ab棒开始运动到cd棒刚要开始运动的过程中,流过cd棒的电荷量为
R(FT)2
B3L3a
点评:本题双杆模型,当cd棒不动时,只有ab棒切割磁感线产生感应电动势,关键要会推导安培力的表达式.
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