题目内容

如图所示,abcd为质量M=2 kg的导轨,放在光滑绝缘的水平面,另有一根质量m=0.6 kg的金属棒PQ平行于bc放在水平导轨上,PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱e、f(竖直立柱光滑,且固定不动),导轨处于匀强磁场中,磁场以为界,左侧的磁场方向竖直向上,右侧的磁场方向水平向右,磁感应强度大小都为B=0.8 T.导轨的bc段长l=0.5 m,其电阻r=0.4 ??,金属棒的电阻R=0.2??,其余电阻均可不计.金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2.若在导轨上作用一个方向向左、大小为F=2N的水平拉力,设导轨足够长,重力加速度g取,试求:

(1)导轨运动的最大加速度;

(2)导轨的最大速度;

(3)定性画出回路中感应电流随时间变化的图线.

(1)0.4m/s2    (2)3.75m/s   (3)如图


解析:

导轨在外力作用下向左加速运动,由于切割磁感线,在回路中要产生感应电流,导轨的bc边及金属棒PQ均要受到安培力作用,PQ棒受到的支持力要随电流的变化而变化,导轨受到PQ棒的摩擦力也要变化,因此导轨的加速度要发生改变.导轨向左切割磁感线时,

有,                                  ① 

导轨受到向右的安培力,金属棒PQ受到向上的安培力,导轨受到PQ棒对它的摩擦力,根据牛顿第二定律,有F-BIl-??(mg-BIl)=Ma,即

F-(1-??μ)Bil- mg=Ma.② 

当刚拉动导轨时,v=0,由①式可知,则由②式可知,此时有最大加速度,即. 

(感应电动势、右手定则、全电路欧姆定律)

随着导轨速度v增大,增大而a减小,当a=0时,有最大速度,从②式可得,有

③ 

将代入①式,      得. 

(3)从刚拉动导轨开始计时,t=0时,,I=0,当时,v达到最大,I达到2.5 A,电流I随时间t的变化图线如图所示.

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