题目内容

如图13甲所示,一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的距离为L=0.50 m.一根质量为m=0.50 kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且与导轨接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中.ab棒的电阻为R=0.10 Ω,其他各部分电阻均不计.开始时,磁感应强度B0=0.50 T.

图13

(1)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它做匀加速直线运动.此拉力T的大小随时间t的变化关系如图13乙所示.求ab棒做匀加速运动的加速度及ab棒与导轨间的滑动摩擦力.

(2)若从t=0时刻开始,调节磁感应强度的大小使其以ΔBΔt=0.20 T/s的变化率均匀增加,求经过多长时间ab棒开始滑动?此时通过ab棒的电流大小和方向如何?(ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等)

(1)a=4 m/s2 f=1 N (2)t=17.5 s I=0.15 A 方向b到a?

解析:由图象可得到拉力T的大小随时间变化的函数表达式为?

                                              ①?

当ab棒匀加速运动时,根据牛顿第二定律有:?

T-f-B0IL=ma                                                                  ②?

因为I=B0Lv/R                                                                      ③?

v=at                                                                              ④?

联立②③④可解得?

                                                ⑤?

将数据代入①⑤可解得?

a=4 m/s2 f=1 N.?

(2)以ab棒为研究对象,当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的感应电流I,以ab棒为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大,当磁感应强度增大到ab所受安培力F与最大静摩擦力fm相等时ab棒开始滑动.?

由F=BIL=fm?

由以上各式求出,经时间t=17.5 s后ab棒开始滑动,此时通过ab棒的电流大小为I=0.15 A,根据楞次定律可判断出电流的方向为从b到a.

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