题目内容

15.如图所示,在磁感应强度B=1.0T,方向竖直向下的匀强磁场中,有一个与水平面成θ=37°角的导电滑轨,滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab,已知接在滑轨中的电源电动势E=12V,内阻不计,ab杆长L=0.5m,质量m=0.2kg,杆与滑轨间的动摩擦因数μ=0.1,滑轨与ab杆的电阻忽略不计,求:要使ab杆在滑轨上保持静止,滑动变阻器R的阻值在什么范围内变化?(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果保留一位有效数字)

分析 先利用闭合电路的欧姆定律求出回路中的电流,对导体棒受力分析,当导体棒刚好静止时摩擦力向上时,电流最小,电阻最大;当导体棒刚好静止时摩擦力向下时,电流强度最大,电阻最小;

解答 解:对导体棒受力分析,回路中的电流为:I=$\frac{E}{R}$
导体棒受到的安培力为:F=BIL
讨论:
1、当摩擦力沿斜面向上,电流强度最小,电阻最大,由共点力平衡得:
mgsin37°-f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmax=4.96Ω
2、当摩擦力沿斜面向下,电流强度最大,电阻最小由共点力平衡得:
mgsin37°+f-Fcos37°=0
mgcos37°+Fsin37°-FN=0
f=μFN
联立解得:Rmin=3.26Ω
故可变电阻在3.18Ω~4.96Ω范围内.
答:滑动变阻器R的阻值在3.26Ω~4.96Ω范围内变化.

点评 解决本题的关键掌握闭合电路欧姆定律,安培力的大小公式,以及会利用共点力平衡去求未知力.

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