题目内容

7.如图所示,两根足够长的光滑金属导轨倾斜放置,导轨平面与水平面间夹角为θ,导轨间距为L,电阻不计.导轨上端并接两个相同的小灯泡,灯泡额定功率为P,电阻为R,整个装置置于匀强磁场中,磁场方向垂直于轨道平面.现将一质量为m、电阻为r的金属棒MN从图示位置由静止释放.棒下滑过程与导轨始终垂直,且与导轨接触良好,从某时刻开始两灯泡均正常发光,重力加速度为g,求:
(1)磁感应强度的大小;
(2)灯泡正常发光时棒MN运动的速度大小.

分析 (1)根据灯泡正常发光,结合功率公式求出电流的大小,从而得出通过导体棒的电流,结合平衡求出磁感应强度的大小.
(2)根据闭合电路欧姆定律得出电动势的大小,结合切割产生的感应电动势公式求出灯泡正常发光时棒MN运动的速度大小.

解答 解:(1)设小灯泡的额定电流为I1,则P=${{I}_{1}}^{2}R$…①
由题意,金属棒沿导轨下滑的某时刻开始,小灯泡正常发光,流经MN的电流为I=2I1,…②
金属棒MN处于平衡状态,下落的速度达到最大值,有:mgsinθ=BIL…③
联立①②③得,B=$\frac{mgsinθ}{2L}\sqrt{\frac{R}{P}}$…④
(2)设灯泡正常发光时,导体棒的速度为v,根据电磁感应定律和欧姆定律得:E=BLv…⑤
E=I1R+2rI…⑥
联立①②③④⑤⑥得:v=$\frac{2P(R+2r)}{mgRsinθ}$.
答:(1)磁感应强度的大小为$\frac{mgsinθ}{2L}\sqrt{\frac{R}{P}}$;
(2)灯泡正常发光时棒MN运动的速度大小为$\frac{2P(R+2r)}{mgRsinθ}$.

点评 本题考查了电磁感应与电路的综合运用,掌握切割产生的感应电动势公式和闭合电路欧姆定律是解决本题的关键,结合共点力平衡进行求解.

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