题目内容

(14分)如图,光滑的足够长的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M、P点和N、Q点间各连接一个额定电压为U、阻值恒为R的灯泡,在两导轨间efhg矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的有界匀强磁场,磁感应强度为B0,且磁场区域可以移动。一电阻也为R、长度也刚好为l的导体棒ab垂直固定在磁场左边的导轨上,离灯L1足够远。现让匀强磁场在导轨间以某一恒定速度向左移动,当棒ab刚处于磁场时两灯恰好正常工作,棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计。

(1)求磁场移动的速度υ0;

(2)求在磁场区域经过棒ab的过程中整个回路产生的热量Q;

(3)若取走导体棒ab,保持磁场不移动(仍在efhg矩形区域),而是均匀改变磁感应强度,为保证两灯都不会烧坏且有电流通过,试求磁感应强度减小到零的最短时间tmin。

(1)3U/ B0 l (2) (3)

【解析】

试题分析:(1)当ab刚处于磁场时,灯正好正常工作,则电路中外电压 U外=U,内电压 U内=2U,感应电动势为 E=3U=Blv

另【解析】
E=B0 l v0 ;而E= U外+Ir= U+2(U/R)R=3U

联立得:v0= 3U/ B0 l

(2)因为匀速移动,所以在磁场区域经过棒ab的过程中,灯一直正常工作,故灯L1(L2)产生的热能

棒ab中产生的热能

回路中产生的热能

(3)经时间t,磁感应强度从B0均匀减小到零

感应电动势 (1)

感应电流 (2)

联立(1)(2)得 (3)

保证灯不烧坏,电流的最大植为 (4)

由(3)式,电流最大对应时间最小,联立(3)(4)得

(5)

考点:法拉第电磁感应定律;能量守恒定律.

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