题目内容

【题目】如图,质量m1=0.1 kg,电阻R1=0.3 Ω,长度l=0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上。框架质量m2=0.2 kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2。相距0.4 m的MM′、NN′相互平行,电阻不计且足够长。电阻R2=0.1 Ω的MN垂直于MM′,整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5 T。垂直于ab施加F=2 N的水平恒力,ab从静止开始无摩擦地运动,始终与MM′、NN′保持良好接触。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2。

(1)若框架固定,求导体棒ab能达到的最大速度vm的大小;

(2)若框架不固定,求框架开始运动时ab速度v的大小;

(3)当ab运动到某处时,框架开始运动。从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1 J,求该过程ab位移x的大小。

【答案】(1)20m/s (2)6 m/s (3)1.1 m

【解析】

试题分析:(1)E=Blvm

F=BIl=

解得:vm=20m/s

(2)框架受水平面的支持力:FN=m2g+m1g

依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力:F2=μFN

ab中的感应电动势 E=Blv

MN受到的安培力:F安=IlB=μ(m2g+m1g)

解得:v=6 m/s

(3)闭合回路中产生的总热量:

由能量守恒定律得:Fx=m1v2+Q总

代入数据解得:x=1.1 m

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