题目内容

如图,固定在同一水平面内的两根长直金属导轨的间距为L,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,一质量为m (质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动,当杆运动的距离为d时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度为g.求此过程中:
(1)杆的速度的最大值;
(2)通过电阻R上的电量;
(3)电阻R上的发热量.
分析:(1)杆在恒力F作用下从静止开始沿导轨运动,先做加速度减小的加速运动,后做匀速运动,速度达到最大,此时,拉力与摩擦力、安培力平衡,由平衡条件和安培力公式求解最大速度.
(2)根据电量公式Q=
△Φ
R+r
求解通过电阻R上的电量.△Φ是回路磁通量的变化量,等于BLd.
(3)根据功能关系和焦耳定律求解电阻R上的发热量.
解答:解:(1)设杆的速度的最大值为V,电路中的最大感应电动势为 E=BLv   ①
对应的电流为  I=
BLv
R+r
  ②
杆的速度最大时,杆处于平衡状态,则有  F=μng+BIL ③
联立①②③解得  v=
(F-μmg)(R+r)
B2L2
  ④
(2)通过电阻R上的电量为 Q=
.
I
△t
,
.
I
=
.
E
R+r
,
.
E
=
△Φ
△t

联立得 Q=
△Φ
R+r
=
BLd
R+r

(3)由能量守恒定律.电路中总发热量为 Q总=Fd-μmgd-
1
2
mv2
⑤
导体棒与电阻R串联,电流相等,由焦耳定律得:电阻R上的发热量为  Q=
R
R+r
Q总
 ⑥
由④⑤⑥有 Q=
R
R+r
(Fd-μmgd-
m(F-μmg)2(R+r)2
2B4L4
)

答:
(1)杆的速度的最大值为
(F-μmg)(R+r)
B2L2
;
(2)通过电阻R上的电量为
BLd
R+r
;
(3)电阻R上的发热量为
R
R+r
(Fd-μmgd-
m(F-μmg)2(R+r)2
2B4L4
)
.
点评:本题杆的最大速度常称为收尾速度,安培力是分析杆运动过程的关键,对于电量的计算公式Q=n
△Φ
R+r
要学会推导.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网