题目内容

14.(普通班做)如图所示,水平面上有两根相距0.5m的足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,之间有一导体棒ab,导轨和导体棒的电阻忽略不计,在M和P之间接有阻值为R=2Ω的定值电阻.质量为0.2kg的导体棒ab长l=0.5m,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4T.现在在导体棒ab上施加一个水平向右,大小为0.02N的恒力F,使导体棒ab由静止开始运动,求:
(1)当ab中的电流为多大时,导体棒ab的速度最大?
(2)ab的最大速度是多少?
(3)若导体棒从开始到速度刚达到最大的过程中运动的位移s=10m,则在此过程中R上产生的热量是多少?

分析 当导体棒匀速运动时速度最大,产生产生的感应电动势最大,产生的感应电流最大;
(1)由安培力公式与平衡条件求出最大电流.
(2)由E=BLv求出感应电动势,由欧姆定律求出电流,然后求出最大速度.
(3)由能量守恒定律求出电阻R产生的热量.

解答 解:(1)当导体棒匀速运动时感应电流最大,由平衡条件得:
F=F安=BIl,
最大电流:I=$\frac{F}{Bl}$=$\frac{0.02}{0.4×0.5}$=0.1A;
(2)ab棒速度最大时,感应电动势:E=Blv,
电流:I=$\frac{E}{R}$=$\frac{Blv}{R}$,
最大速度:v=$\frac{IR}{Bl}$=$\frac{0.1×2}{0.4×0.5}$=1m/s;
(3)由能量守恒定律得:Fs=$\frac{1}{2}$mv2+Q,
代入数据解得:Q=0.1J;
答:(1)当ab中的电流为0.1A时,导体棒ab的速度最大.
(2)ab的最大速度是1m/s.
(3)在此过程中R上产生的热量是0.1J.

点评 本题考查了求电流、速度与热量问题,分析清楚导体棒的运动过程,应用安培力公式、平衡条件、E=BLv、欧姆定律、能量守恒定律即可正确解题.

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