题目内容

11.如图甲所示,在水平面上固定着两根相距L=20cm、相互平行的无电阻轨道PQ和MN,轨道左端连接一电阻R=0.03Ω.轨道上横置一根质量为m=2×10-2kg,电阻为r=0.0lΩ的金属棒ab,ab棒距左端d=20cm,且与轨道间的动摩擦因数为μ=0.5.轨道PQNM处在竖直向上均匀分布的磁场中,若磁感应强度B随时间t按图乙中的规律变化.分析从t=0至金属棒ab开始运动的过程.(g取10m/s2) 
(1)求这一过程金属棒ab中电流的方向和接在电阻R两端电压表的示数UR.
(2)设棒与轨道间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等,求这一过程经历的时间t.

分析 (1)磁场变化,根据楞次定律判定金属棒ab中电流的方向,根据欧姆定律计算电阻R两端的电压表的示数;
(2)当安掊力与最大静摩擦力相等时棒开始滑动,根据安培力的公式计算此时的磁场强度的大小,根据磁场的变化规律计算时间的大小.

解答 解:(1)根据楞次定律判定金属棒ab中电流的方向为由b向a.当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的感应电动势:
E=$\frac{△B}{△t}$Ld=0.02V
感应电流:I=$\frac{E}{R+r}$=0.5A 
电压表的示数为:U=IR=0.015V
(2)以ab棒为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大,当磁感应度增大到ab棒所受安掊力F与最大静摩擦力f=μmg相等时开始滑动.
棒ab将要运动时,有:f=B1Il
所以有:Bt=$\frac{f}{IL}$=1T
根据Bt=$\frac{△B}{△t}$t=0.5t
解得:t=2s
答:(1)这一过程金属棒ab中电流的方向为由b向a,接在电阻R两端电压表的示数UR为0.015V.
(2)这一过程经历的时间t为2s.

点评 本题是对楞次定律和闭合电路欧姆定律的考查,根据楞次定律计算电动势的大小,利用闭合电路欧姆定律的计算电压,计算安培力的大小时候要注意磁感应强度的大小是变化的,这是题目的关键.

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