题目内容

(03年上海卷)(14分)如图所示,OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C处分别接有短电阻丝(图中用粗线表示),R1=4Ω、R2=8Ω(导轨其它部分电阻不计)。导轨OAC的形状满足(单位:m)。磁感应强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点,棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直,不计棒的电阻。求:

(1)外力F的最大值;

(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;

(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。

 

解析:

(1)金属棒匀速运动  F外=F安

      ε=BLv                                                       ①

 

                     I=ε/R总                                                                 ②

 

 F外=BIL=                                       ③

 

           Lmax=2sin=2(m)                                                       ④

 

           R总==8/3(Ω)               ⑤

 

    ∴ Fmax=0.22×22×5.0×3/8=0.3(N)                        ⑥

 

(2)P1=ε2/R1=B2L2v2/R1=0.22×22×5.02/4=1(W)        ⑦

 

       (3)金属棒与导轨接触点的长度随时间变化 L=2sin(x) (m)

 

       且x=vt,ε =BLv,

 

       ∴I==(A)            ⑧

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