题目内容

如图所示,两根竖直平行放置的光滑金属导轨相距为L,中间接有一阻值为R的定值电阻,在两导轨间abdc矩形区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面向里,宽度为d.一质量为m,电阻为r的导体棒MN垂直搁在导轨上,与磁场上边边界相距d0.现使棒MN由静止开始释放,当MN最终离开磁场前已开始做匀速直线运动,导轨电阻不计,棒下落过程中始终保持水平,并与导轨接触良好.

(1)求MN在离开磁场下边界时的速度大小;

(2)在通过磁场区域的过程中,求电流所做的功;

(3)试分析讨论棒在磁场中各种可能出现的运动情况及其对应的条件.

答案:
解析:

  (1)设MN离开磁场边界前做匀速运动的速度为v,产生的电动势为=BLv(1分)

  电路中电流I=(1分)

  对MN,由平衡条件得mg-BIL=0(1分) 解得v=(1分)

  (2)由能量守恒定律:mg(d0+d)=W电+mv2(2分)

  解得(2分)

  (3)设棒刚进入磁场时的速度为v0,由mgd0=mv02,得v0=

  棒在磁场中匀速时速度为v=,则

  ①当v0=v,即d0=时,棒进入磁场后即开始做匀速直线运动(1分)

  ②当v0<v,即d0<时,棒进入磁场后做先加速后匀速直线运动(1分)

  ③当v0>v,即d0>时,棒进入磁场后做先减速后匀速直线运动(1分)

  d0与关系的表述总共2分


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