题目内容

19.如图甲所示,两根间距L=1m、电阻不计的足够长平行金属导轨ab、cd水平放置,一端与阻值R=2Ω的电阻相连.质量m=0.2kg的导体棒ef在恒定外力F作用下由静止开始运动,已知导体棒与两根导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f=1N,导体棒电阻为r=1Ω,整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场B中,导体棒运动过程中加速度a与速度v的关系如图乙所示(取g=10m/s2).求:

(1)恒定外力F
(2)磁场的磁感应强度B.

分析 由图可知:导体棒开始运动时加速度a1=5m/s2,初速度v0=0,导体棒中无电流.当导体棒的加速度a=0时,开始以v=3m/s做匀速运动,根据牛顿运动定律列方程求解即可;

解答 解:由图可知:导体棒开始运动时加速度a1=5m/s2,初速度v0=0,导体棒中无电流.
由牛顿第二定律知:F-f=ma1
解得:F=2N
由图可知:当导体棒的加速度a=0时,开始以v=3m/s做匀速运动
此时有:F-f-F安=0
解④⑦得:B=$\sqrt{\frac{(F-f)(R+r)}{v{L}^{2}}}$
带入数据解得:B=1T
答:(1)恒定外力F为2N.
(2)磁场的磁感应强度B为1T.

点评 本题是一道电磁感应与电路、运动学相结合的综合题,分析清楚棒的运动过程、由图象找出某时刻所对应的电流、应用相关知识,是正确解题的关键.

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