题目内容

【题目】如图所示,固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为L,其左端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好按触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。现导体杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始运动,沿导轨运动距离s时,恰好达到最大速度(运动过程中导体杆始终与导轨保持垂直),设导体杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度为g。求:

(1)从静止开始运动距离s过程中回路中产生的焦耳热;

(2)从静止开始运动距离s所需的时间;

(3)若将图中定值电阻R换为电容为C的电容器(开始不带电),其它条件均不变,求在恒力F作用下,导体杆从静止开始运动距离s所需的时间。

【答案】(1) (2)(3)

【解析】

根据题中“匀强磁场中…导体杆”可知,本题考察匀强磁场中导体棒在导轨上运动的问题,应用法拉第电磁感应定律、牛顿第二定律、平衡、动量定理、功能关系等知识列式计算。

(1)导体杆ab到达稳定状态时,、

设导体杆ab从静止开始运动距离s过程中回路中产生的焦耳热为,则:

联立解得:

(2)对导体杆ab从静止开始运动距离s过程,应用动量定理得:

即

又

解得:

(3)将图中定值电阻R换为电容为C的电容器(开始不带电)后,在恒力F作用下,对导体杆受力分析,由牛顿第二定律可得:

又

解得:

据得,

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