题目内容
(2011·天津理综·T11)如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为
m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成
角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒质量均为m=0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度
0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd 恰好能够保持静止。取g=10
,问
通过棒cd的电流I是多少,方向如何?
棒ab受到的力F 多大?
棒cd每产生
的热量,力F做的功W是多少?
⑴1A,cd棒中的电流方向由d至c ⑵0.2N ⑶0.4J
【解析】⑴棒cd受到的安培力为
--------①
棒cd在共点力作用下平衡,则
--------②
由①②式代入数值得:
----------------------③
根据楞次定律可知,棒cd中电流方向由d至c ---------④
⑵棒ab与棒cd受到的安培力大小相等,
对棒ab,由共点力平衡条件得:
-------⑤
代入数据解得:
---------------------------⑥
⑶设在时间t内棒cd产生
热量,由焦耳定律知
---------------------------------⑦
设棒ab匀速运动的速度大小为
,其产生的感应电动势
-------------------------------⑧
由闭合电路欧姆定律可知
-------------⑨
根据运动学公式可知,在时间t内,棒ab沿导轨的位移
------⑩
则力F做的功
-----------------------(11)
联立以上各式,代入数值解得:
----------(12)