题目内容

如图所示,在与水平面成θ=30º的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计。空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20T,方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg,回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50m.现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之以速度v匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上.g取10m/s2,求:

(1)导体棒cd受到的安培力大小;  

(2)导体棒ab运动的速度大小;

(3)如果导体棒ab的速度突然变为原来的2倍,且保持匀速上滑,问①cd棒最开始加速度a为多大?②cd棒最终速度大小为多少?

 


解:(1)cd棒受力如图所示

由题意得                            

   ………………  (1)

(2)设棒ab运动的速度为V,由

                                F=ILB    .......................     (2)

又设回路电流为I,则有    ……………… (3)

Cd棒静止于图中,则有  即   …………  (4)

把(1)(3)代入(4)得  ………………  (5)

(3)①当ab棒速度突然变为2倍时,cd棒还没有动,其Vcd=0,由牛顿第二定律得:

          a=5.0m/s2  ………………  (6)

     ②设cd棒最后速度为Vcd,由题意知回路电流I/

   ……………………  (7)

又由牛顿第二定理得    ……………………(8)

  当a=0时  Vca取max值

Vcd=v=1.0m/s             …………………… (9)

 


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