题目内容

如图所示,电阻不计的平行金属导轨MN和OP放置在水平面内.MO间接有阻值为R=3Ω的电阻.导轨相距d=lm,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感强度B=0.5T.质量为m=0.1kg,电阻为r=lΩ的导体棒CD垂直于导轨放置,并接触良好.用平行于 MN的恒力F=1N向右拉动CD.CD受摩擦阻力f恒为0.5N.求
(1)CD运动的最大速度是多少?
(2)当CD到最大速度后,电阻R消耗的电功率是多少?
(3)当CD的速度为最大速度的一半时,CD的加速度是多少?
分析:(1)导体棒CD沿导轨先做加速减小的变加速运动,最后做匀速运动,速度达到最大.由平衡条件和电磁感应知识求出最大速度.
(2)由最大速度,求出感应电动势和感应电流,根据功率公式计算电阻R消耗的电功率.
(3)求出当CD的速度为最大速度的一半的安培力,根据牛顿第二定律求解CD的加速度.
解答:解:(1)由F安=BId,I=
E
R+r
,E=BdV,得
B2d2v
R+r

       当V=Vm时,有F=F安+f
       代入解得    Vm=8m/s
  (2)速度最大后电流为恒定电流,
     则   Em=BdVm,Im=
Em
R+r

         P=Im2R          
      代入解得   P=3w
    (3)E'=Bd
1
2
vm
,I=
E′
R+r
,F'=BId
       由F-F'-f=ma
     所以:a=2.5m/s2
答:(1)CD运动的最大速度是8m/s.
     (2)当CD到最大速度后,电阻R消耗的电功率是3W.
     (3)当CD的速度为最大速度的一半时,CD的加速度是2.5m/s2.
点评:本题是电磁感应与力学、欧姆定律等知识的综合,基础是在于分析导体棒的运动过程.
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