题目内容

如图甲所示,固定于水平桌面上的金属导轨abcd足够长,金属棒ef搁在导轨上,可无摩擦地滑动,此时bcfe构成一个边长为l的正方形.金属棒的电阻为r,其余部分的电阻不计.在t=0的时刻,导轨间加一竖直向下的磁场,磁感应强度随时间的变化如图乙所示.为使金属棒ef在0-t1保持静止,在金属棒ef上施加一水平拉力F,从t1时刻起保持此时的水平拉力F不变,金属棒ef在导轨上运动了s后刚好达到最大速度,求:
(1)在t=
t12
时刻该水平拉力F的大小和方向;
(2)金属棒ef在导轨上运动的最大速度;
(3)从t=0开始到金属棒ef达到最大速度的过程中,金属棒ef中产生的热量.
分析:(1)由法拉第电磁感应定律求出感应电动势,由F=BIL求出安培力,由楞次定律判断出感应电流的方向,由左手定则判断出安培力的方向,由平衡条件求出拉力大小与方向;
(2)当拉力与安培力相等时,导体棒做匀速运动,速度达到最大,求出拉力,根据安培力公式求出导体棒的最大速度;
(3)由焦耳定律求出导体棒静止时产生的焦耳热,由能量守恒定律求出导体棒运动时产生的焦耳热,然后求出整个过程产生的焦耳热.
解答:解:(1)
t1
2
时刻,感应电动势E=
△B
△t
S=
B1l2
t1
,
导体棒受到的安培力F安=
B1
2
?I?l=
B1
2
?
B1l2
t1
r
?l=
B
2
1
l3
2rt1
,
由楞次定律可知,感应电流从f流向e,由左手定则可知,导体棒受到的安培力向左;
由平衡条件可知,此时水平拉力F=
B
2
1
l3
2rt1
,方向水平向右;
(2)导体棒切割磁感线产生感应电动势,
当金属棒的速度最大时,感应电动势E′=B1lvm,
此时导体棒受到的安培力F安′=B1?
B1lvm
r
?l
,
此时水平拉力F′=2×
B
2
1
l3
2rt1
=
B
2
1
l3
rt1
,
当安培力与拉力合力为零时,导体棒做匀速直线运动,此时速度最大,
即:F′=F安′,
B
2
1
l3
rt1
=B1?
B1lvm
r
?l
;
解得,导体棒的最大速度:vm=
l
t1
;
(3)金属棒静止时的感应电流:
I
 
1
=
B1l2
rt1
,
产生的焦耳热:Q1=
I
2
1
rt1=
B
2
1
l4
rt1
,
金属棒从开始运动到最大速度阶段,
由能量守恒定律,得:Q2=Fs-
1
2
m
v
2
m
=
B
2
1
l3
rt1
?s-
1
2
m(
l
t1
)2=
B
2
1
l3s
rt1
-
ml2
2
t
2
1
,
全过程产生的焦耳热Q=Q1+Q2=
B
2
1
l3(l+s)
rt1
-
ml2
2
t
2
1
;
答:(1)在t=
t1
2
时刻该水平拉力F的大小为
B
2
1
l3
2rt1
,方向水平向右;
(2)金属棒ef在导轨上运动的最大速度是
l
t1
;
(3)从t=0开始到金属棒ef达到最大速度的过程中,金属棒ef中产生的热量是
B
2
1
l3(l+s)
rt1
-
ml2
2
t
2
1
.
点评:导体棒静止时,磁感应强度均匀变化,产生的感应电动势是定值,感应电流是定值,但导体棒受到的安培力F=-BIL是变力;导体棒在拉力作用下向右运动时,做的是加速度逐渐减小的加速运动,最后做匀速直线运动,对导体棒正确受力分析,分析清楚导体棒的运动过程是正确解题的关键.
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