题目内容

6.如图甲所示,两根平行光滑金属导轨相距L=1m,导轨平面与水平面的夹角θ=30°,导轨的下端PQ间接有R=8Ω电阻.相距x=6m的MN和PQ间存在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场.磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示.将阻值r=2Ω的导体棒ab垂直放在导轨上,使导体棒从t=0时由静止释放,t=1s时导体棒恰好运动到MN,开始匀速下滑.g取10m/s2.求:
(1)0~1s内感应电流通过导体棒的方向;
(2)0~1s内回路中的感应电动势;
(3)导体棒ab的质量.

分析 (1)根据楞次定律判断电流方向;
(2)在 0~1s内,磁场均匀变化,回路中产生恒定的感应电动势,由法拉第电磁感应定律求感应电动势;
(3)在~1s内,导体棒ab匀加速下滑,由牛顿第二定律和运动学公式求出t=1s末的速度.t=1s末以后,金属棒ab进入恒定的磁场,做匀速运动,根据平衡条件和安培力与速度的关系结合求ab棒的质量.

解答 解:(1)根据楞次定律可知,0~1s内感应电流通过导体棒的方向为由a到b;
(2)0-1s内,磁场均匀变化,由法拉第电磁感应定律有:
E1=$\frac{△Φ}{△t}$=$\frac{△B}{△t}Lx$=$\frac{2}{1}×1×6$V=12V;
(3)导体棒从静止开始做匀加速运动,加速度为:
a=gsinθ=10×0.5m/s2=5m/s2
t=1s末进入磁场区域的速度为:
v=at1=5×1m/s=5m/s
导体棒切割磁感线产生的电动势为:
E2=BLv=2×1×5V=10V
根据导体棒进入磁场区域做匀速运动,可知导体受到的合力为零,有:
mgsinθ=F安=BIL
根据闭合电路欧姆定律有:I=$\frac{{E}_{2}}{R+r}$,
联立以上各式得:m=0.4kg.
答:(1)0~1s内感应电流通过导体棒的方向由a到b;
(2)0~1s内回路中的感应电动势为12V;
(3)导体棒ab的质量为0.4kg.

点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题,根据平衡条件列出方程;另一条是能量,分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题,根据动能定理、功能关系等列方程求解.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网