题目内容
如图,顶角为90°的“∨”型光滑金属导轨MON固定在倾角为θ的绝缘斜面上,M、N连线平行于斜面底端,导轨MO、NO的长度相等,M、N两点间的距离L=2m,整个装置处于磁感应强度大小B=0.5T、方向垂直于斜面向下的匀强磁场中。一根质量m=0.4kg,粗细均匀、单位长度电阻值r=0.5Ω/m的导体棒ab,受到平行于斜面向上且垂直于ab的变力F作用,以速度v=2m/s沿导轨向下匀速滑动,导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好,不计导轨电阻,从导体棒在MN时开始计时,
⑴t=0时,F=0,求斜面倾角θ;
⑵求0.2s内通过导体棒的电荷量q;
⑶求导体棒通过整个金属导轨的过程中产生的焦耳热Q。
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解析:⑴导体棒开始运动时,回路中产生的感应电动势E=BL v (2 分)
感应电流
(2分)
安培力F安=BIL (2分)
由平衡条件得:mgsinθ=F安 +F (2分)
F=0
联立上式得:θ=300 (1分)
⑵感应电流
与导体棒切割的有效长度l无关
感应电流大小
A (1分)
故0.2s内通过导体棒的电荷量q=It=0.4C (2分)
⑶解法(一)设导体棒经t时间沿导轨匀速向下运动的位移为x,
则t时刻导体棒切割的有效长度Lx= L-2x (1分)
导体棒在导轨上运动时所受的安培力
(1分)
因安培力的大小
与位移x成线性关系,故通过导轨过程中导体棒所受安培力的平均值![]()
(1分)
产生的焦耳热Q![]()
(2分)
解法(二)设导体棒经t时间沿导轨匀速向下运动的位移为x, 则t时刻导体棒切割的有效长度Lx= L-2x (1分)
导体棒在导轨上运动时所受的安培力
(1分)
作出安培力大小随位移x变化的图象
图象与坐标轴围成面积表示导体棒克服安培力作功,也为产生的焦耳热
(2分)
所以,产生的焦耳热Q=1 J (1分)
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