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精英家教网如图所示,把两根平行光滑金属导轨放在水平桌面上,桌子高0.8m,导轨间距0.2m,在导轨水平部分有磁感应强度为0.1T,方向竖直向下的匀强磁场,弧形金属导轨的一端接有电阻R=1Ω.质量m=0.2kg,电阻r=1Ω的金属杆ab由静止开始距桌面h=0.2m高处开始下滑,最后落到距桌子水平距离s=0.4m处,导轨电阻不计,试求:
(1)金属杆进入导轨水平部分瞬间产生的感应电流的大小和方向;
(2)金属杆滑出导轨瞬间感应电动势的大小;
(3)整个过程中电阻R放出的热量.
分析:(1)根据动能定理求出杆子进入磁场时的速度,通过切割产生的感应电动势公式求出感应电动势的大小,结合闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小,根据右手定则判断感应电流的方向.
(2)根据平抛运动的规律求出金属杆滑出导轨瞬间的速度,结合切割产生的感应电动势公式求出感应电动势的大小.
(3)根据能量守恒定律求出整个过程中回路产生的热量,从而得出整个过程中电阻R放出的热量.
解答:解:(1)根据动能定理得:mgh=
1
2
mv12-0

解得:v1=
2gh
=
2×10×0.2
m/s=2m/s
.
感应电动势的大小为:E1=BLv1=0.1×0.2×2V=0.04V
感应电流的大小为:I=
E1
R+r
=
0.04
1+1
A=0.02A
.
根据右手定则,感应电流的方向为a→b.
(2)根据H=
1
2
gt2
得:t=
2H
g
=
2×0.8
10
s=0.4s
.
v2=
s
t
=
0.4
0.4
m/s=1m/s
.
感应电动势的大小为:E2=BLv2=0.1×0.2×1V=0.02V.
(3)根据能量守恒定律得,整个回路中产生的热量为:Q=
1
2
mv12-
1
2
mv22=
1
2
×0.2×(4-1)J
=0.3J
则电阻R上产生的热量为:QR=
R
R+r
Q=
1
2
×0.3J=0.15J
.
答:(1)金属杆进入导轨水平部分瞬间产生的感应电流的大小为0.02A,方向为a→b.
(2)金属杆滑出导轨瞬间感应电动势的大小为0.02V.
(3)整个过程中电阻R放出的热量为0.15J.
点评:本题考查了电磁感应与电路和能量的综合,难度不大,该类题型是高考的热点问题,需加强训练.
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