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.
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=
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.
E |
2R |
(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=
,
cd棒所受的安培力为 F安=BIL=
t=FT,
解得 t=
(2)细线被拉断前,对ab棒,由牛顿第二定律得
F-BIL=ma,所以F=
t+ma
(3)从ab棒开始运动到cd棒刚要开始运动的过程中,由
=
,I=
,q=
△t得
q=
=
将t=
代入得 q=
答:
(1)经
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=
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
.
回路中感应电流为I=
E |
2R |
cd棒所受的安培力为 F安=BIL=
B2L2a |
2R |
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 |
(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 |
| ||
2R |
. |
I |
q=
△φ |
2R |
BL?
| ||
2R |
将t=
2RFT |
B2L2a |
R(FT)2 |
B3L3a |
答:
(1)经
2RFT |
B2L2a |
(2)细线被拉断前,F随时间t的变化规律为:F=
B2L2a |
2R |
(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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