题目内容

20.如图所示,在水平面内固定一光滑的足够长的“U”型金属导轨,导轨间距L=1m,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感强度B=0.5T.一质量为m=1.5kg的导体棒以a=2m/s2的加速度从静止开始向右做切割磁感线运动,导体棒在回路中的电阻r=0.3Ω,定值电阻R=0.2Ω,其余电阻忽略不计.求:
(1)从运动开始2秒的时间内,回路中产生的感应电动势大小?
(2)2秒时导体棒两端的电压和R上的电功率大小?
(3)2秒时,作用在导体棒上的拉力F的大小?
(4)从运动开始2秒的时间内,作用在导体棒上的拉力F做36J功,求导体棒中产生的热量是多少?

分析 (1)由v=at求出速度,然后由E=BLv可以求出感应电动势.
(2)由欧姆定律求出电流,由电功率公式求出电功率.
(3)由安培力公式求出安培力,由平衡条件求出外力的大小与方向.
(4)由能量守恒定律可以求出导体棒上产生的热量.

解答 解:(1)2s末的速度:v=at=2×2=4m/s,
回路中产生的感应电动势:
E=BLv=0.5×1×4=2V;
(2)电路中的电流:I=$\frac{E}{R+r}$=$\frac{2}{0.2+0.3}$=4A,
导体棒两端电压:U=IR=4×0.2=0.8V,
R上消耗的电功率为:P=I2R=42×0.3=4.8W;
(3)安培力:FB=BIL=0.5×4×1=2N,
由左手定则可知,安培力向左,
由平衡条件得:F=FB=2N,
力F的大小的方向水平向右. 
(4)由能量守恒定律得:
W=$\frac{1}{2}$mv2+Q,
代入数据解得:Q=24J,
QR=$\frac{R}{R+r}$Q=$\frac{0.2}{0.2+0.3}$×24=9.6J;
答:(1)从运动开始2秒的时间内,回路中产生的感应电动势大小为2V;
(2)2秒时导体棒两端的电压为0.8V,R上的电功率大小为4.8W;
(3)2秒时,作用在导体棒上的拉力F的大小为2N;
(4)从运动开始2秒的时间内,作用在导体棒上的拉力F做36J功,导体棒中产生的热量是9.6J.

点评 本题是一道电磁学、电学与力学的综合题,应用E=BLv、欧姆定律、电功率公式、平衡条件即可正确解题.

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