题目内容

19.如图甲所示,在水平桌面上固定着两根相距20cm、相互平行的不计电阻的轨道PQ和MN,垂直轨道上放置两根质量均为40g、电阻均为0.01Ω的金属棒ab和cd,两棒也相距20cm,它们与轨道之间的最大静摩擦力均为各自重力的一半,若从t=0时刻起在轨道范围内出现了竖直向下的磁感应强度B随时间t变化的匀强磁场后,其变化规律如图乙所示,在金属棒ab和cd开始运动前,求:

(1)感应电流的方向.
(2)这个装置释放的热量为多少焦?(g取10m/s2)

分析 (1)由楞次定律判断感应电流的方向.
(2)根据图象,结合法拉第电磁感应定律,可得出感应电动势;再由闭合电路欧姆定律求得感应电流的大小.金属棒ab和cd即将运动时,它们各自受到的安培力都等于最大静摩擦力,由此列式求出此时B的大小,由图象得到时间,再由焦耳定律求解热量.

解答 解:(1)由乙图知,B在增大,穿过回路的磁通量增大,由楞次定律知,回路中感应电流方向为abcda.
(2)由法拉第电磁感应定律得:
感应电动势  E=$\frac{△B}{△t}$S=$\frac{0.5}{1}$×0.22V=0.02V
由闭合电路欧姆定律得:
感应电流 I=$\frac{E}{2R}$=$\frac{0.02}{2×0.01}$A=1A
则有I=
金属棒ab和cd即将运动时,它们各自受到的安培力都等于最大静摩擦力,
有 0.5mg=BIL                       
可得 B=$\frac{0.5mg}{IL}$=$\frac{0.5×0.04×10}{1×0.2}$T=1T
由图乙知经过t=2s时两棒开始运动,根据焦耳定律,则有 Q=I2•2Rt=12×2×0.01×2J=0.04J                              
答:
(1)感应电流的方向为abcda.
(2)在金属棒a和b开始运动前,这个装置释放的热量为0.04J.

点评 本题的关键要掌握法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律与焦耳定律,并能熟练运用,同时要掌握图象提取信息的方法.

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