题目内容

【题目】如图所示,两根足够长的金属导轨ab、cd与水平面成固定,导轨间距离为L=1m,电阻不计。在导轨上端接一个阻值为R0的定值电阻。在c、N之间接有电阻箱。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为B=1T;现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下滑过程中与导轨接触良好。金属棒与导轨间的滑动摩擦因数为。改变电阻箱的阻值R,测定金属棒的最大速度,得到的关系如图所示。若轨道足够长,重力加速度。求:

(1)金属杆的质量m和定值电阻的阻值;

(2)当电阻箱R取时,且金属杆的加速度为时,此时金属杆的速度。

【答案】(1)0.5kg;0.5Ω(2)2m/s

【解析】试题(1)金属杆以速度vm下滑时,根据法拉第电磁感应定律:E=BLvm

由闭合电路的欧姆定律可知:E=I(R+R0)

当金属棒以最大速度下滑时有:

联立解得:

由vm-R图线可知: ;

解得:m=0.5kg;R0=0.5Ω

(2)设金属棒下滑的速度为v,根据法拉第电磁感应定律可知:E’=BLv

由闭合电路的欧姆定律可知:E’=I(R+R0)

当金属杆下滑的加速度为1m/s2时,根据牛顿第二定律可得:

解得v=2m/s

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