题目内容

14.如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN和PQ竖直放置,导轨间距为L=0.40m,上端接阻值R=0.3Ω的定值电阻,质量为m=0.1kg,电阻为r=0.1Ω的导体棒ab水平横跨在导轨上,与导轨接触良好,整个装置处于方向水平向里的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.5T导体棒ab由静止开始在导轨上向下滑动(g取10m/s2)
(1)简要说明导体棒ab的运动过程;
(2)当导体棒ab达到恒定速度时,求R两端的电压.

分析 (1)导体棒MN受的安培力与重力,合力F=mg-F安=ma,F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$,根据力分析运动情况;
(2)匀速下滑过程中所受的安培力与重力平衡,根据平衡条件和安培力公式结合.求解电流,根据欧姆定律求R两端的电压.

解答 解:(1)导体棒MN受的安培力与重力,合力F=mg-F安=ma
   其中F安=BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R+r}$,所以当速度增大,安培力增大,加速度减小,当加速度减小到零,速度达到最大,然后匀速运动;
(2)稳定时
mg=BIL①
R两端电压U=RI②
由①②知R两端电压U=$\frac{mg}{LB}R$=$\frac{0.1×10×0.3}{0.4×0.5}$=1.5V
答:(1)棒做加速度减小的加速运动,当加速度为零,物体做匀速直线运动;
(2)当导体棒ab达到恒定速度时,R两端的电压为1.5V

点评 此题关键要理清过程,知道金属杆匀速直线运动时,所受的重力与安培力平衡.

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