题目内容

15.如图所示,两平行的光滑金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=30°,在导轨所在平面内,有方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.0V、内阻r=0.50Ω的直流电源.现把一个质量m=0.4kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=1.5Ω,金属导轨的其它电阻不计,g取10m/s2.试求:
(1)通过导体棒的电流大小
(2)匀强磁场的磁感应强度大小
(3)若磁场突然反向,则此瞬间导体棒的加速度多大.

分析 (1)根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小.
(2)根据受力分析及安培力的公式F=BIL求出磁场强度B的大小.
(3)根据受力分析及牛顿第二定律求出导体棒的加速度大小.

解答 解:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有:
I=$\frac{E}{{R}_{0}+r}$=$\frac{4}{1.5+0.5}$=2A
(2)根据受力分析可知,导体受重力,支持力和安培力平衡,所以有:
mgsin30°=BIL
代入数值得:B=2.5T
(3)若磁场突然反向,则由受力分析可知合力为:F=BIL+mgsin30°=ma
a=$\frac{2.5×2×0.4+0.4×10×\frac{1}{2}}{0.4}$=10m/s2
答:(1)通过导体棒的电流大小为2A
(2)匀强磁场的磁感应强度大小为2.5T
(3)若磁场突然反向,则此瞬间导体棒的加速度为10m/s2

点评 解决本题的关键掌握闭合电路欧姆定律,安培力的大小公式,以及会利用共点力平衡去求未知力.

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