题目内容

1.如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为2Ω.一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.5kg,接入电路的电阻为1Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.25.在导轨间存在着垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度为2.0T.将导体棒MN由静止释放,运动一端时间后,小灯泡稳定发光,(重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6)求:
(1)小灯泡发光稳定时导体棒MN运动的速度;
(2)小灯泡发光稳定时导体棒MN的输出功率.

分析 (1)导体棒MN先向下做加速运动,后当导体棒所受合力为零时,导体棒做匀速直线运动,达到稳定状态,灯泡发光也稳定.由平衡条件可以求出导体棒MN匀速运动的速度;
(2)由E=BLv求出导体棒产生的感应电动势,然后由闭合电路欧姆定律及电功率公式求出灯泡消耗的功率.

解答 解:(1)小灯泡稳定发光时,导体棒MN做匀速运动,所受合力为零,在沿斜面方向上,
根据平衡条件得:mgsin37°=μmgcos37°+ILB     
代入数据有:0.5×10×0.6=0.25×0.5×10×0.8+I×0.5×2
解得:I=2A
由闭合电路的欧姆定律得电流为:I=$\frac{E}{R+r}$    
所以E=I(R+r)=2×(2+1)=6V       
导体中产生的感应电动势为:E=BLv                  
v=$\frac{E}{BL}$=$\frac{6}{0.5×2}$=6m/s            
(2)导体棒的输出功率即为小灯泡消耗的功率,P=I2R     
代入数据解得:P=22×2=8W.
答:(1)小灯泡发光稳定时导体棒MN运动的速度为6m/s;
(2)小灯泡发光稳定时导体棒MN的输出功率8W.

点评 本题关键抓住感应电流与安培力的关系以及与速度的关系,由平衡条件即可求出导体棒的速度,正确应用欧姆定律及电功率公式即可求出灯泡功率.

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