题目内容

平行轨道PQ、MN两端各接一个电热丝,阻值R1=R2=8Ω,轨道间距L=1m,轨道很长,本身电阻不计.轨道间磁场按如图所示的规律分布,其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度为2cm.磁感应强度的大小均为B=1T,每段无磁场的区域宽度为1cm,导体棒ab本身电阻r=1Ω,与轨道接触良好.现让ab以v=10m/s的速度向右匀速运动.
(1)当ab处在磁场区域时,ab中的电流为多大?ab两端的电压为多大?ab所受磁场力为多大?
(2)在答题卡上画出通过ab的电流与时间的关系图象(要求:①ab中开始有电流时为零时刻;②ab中电流a流向b为正;③在坐标轴上标出具体数值;④至少画2个周期).
(3)整个过程中.通过ab的电流的有效值为多大?
分析:(1)棒ab相当于电源,两个外电阻并联;根据切割公式求解电动势,然后根据闭合电路欧姆定律求解电流,并进一步确定路端电压和安培力.
(2)先求解出每个周期的电流情况,然后根据有效值定义求解.
解答:解:
(1)感应电动势E=BLv=10V                                        
外电阻R=
R1R2
R1+R2
=4Ω

ab中的电流I=
E
R+r
=2A

ab两端的电压为U=IR=8V                                           
ab所受的安培力为F=BIL=2N                                        
(2)ab在磁场区域运动时间t1=
l1
v
=2×10-3s

在无磁场区域运动时间t2=
l2
v
=1×10-3s

通过ab的电流与时间的关系图象如下图                               

(3)ab中交流电的周期T=2(t1+t2)=6×10-3s                         
由交流电有效值的定义,可得2I2Rt1=
I
2
YX
RT

即IYX=
2
6
3
A

答:(1)当ab处在磁场区域时,ab中的电流是2A,ab两端的电压为8V,ab所受磁场力为2N;
(2)图象如图所示.
(3)整个过程中,通过ab的电流是交变电流,则其有效值为
2
6
3
A.
点评:本题关键理清电路结构,然后根据闭合电路欧姆定律、切割公式、有效值定义列式求解,不难.
练习册系列答案
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磁悬浮列车是一种高速运载工具,它由两个系统组成.一是悬浮系统,利用磁力使车体在轨道上悬浮起来从而减小阻力.另一是驱动系统,即利用磁场与固定在车体下部的感应金属线圈相互作用,使车体获得牵引力,图22就是这种磁悬浮列车电磁驱动装置的原理示意图.即在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B.列车底部固定着绕有N匝闭合的矩形金属线圈abcd(列车的车厢在图中未画出),车厢与线圈绝缘.两轨道间距及线圈垂直轨道的ab边长均为L,两磁场的宽度均与线圈的ad边长相同.当两磁场Bl和B2同时沿轨道方向向右运动时,线圈会受到向右的磁场力,带动列车沿导轨运动.已知列车车厢及线圈的总质量为M,整个线圈的总电阻为R.
(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;
(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量;
(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0.

磁悬浮列车是一种高速运载工具,它由两个系统组成。一是悬浮系统,利用磁力使车体在轨道上悬浮起来从而减小阻力。另一是驱动系统,即利用磁场与固定在车体下部的感应金属线圈相互作用,使车体获得牵引力,图22就是这种磁悬浮列车电磁驱动装置的原理示意图。即在水平面上有两根很长的平行轨道PQ和MN,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,大小相等,即B1=B2=B。列车底部固定着绕有N匝闭合的矩形金属线圈abcd(列车的车厢在图中未画出),车厢与线圈绝缘。两轨道间距及线圈垂直轨道的ab边长均为L,两磁场的宽度均与线圈的ad边长相同。当两磁场Bl和B2同时沿轨道方向向右运动时,线圈会受到向右的磁场力,带动列车沿导轨运动。已知列车车厢及线圈的总质量为M,整个线圈的总电阻为R。

(1)假设用两磁场同时水平向右以速度v0作匀速运动来起动列车,为使列车能随磁场运动,列车所受的阻力大小应满足的条件;

(2)设列车所受阻力大小恒为f,假如使列车水平向右以速度v做匀速运动,求维持列车运动外界在单位时间内需提供的总能量;

(3)设列车所受阻力大小恒为f,假如用两磁场由静止开始向右做匀加速运动来起动列车,当两磁场运动的时间为t1时,列车正在向右做匀加速直线运动,此时列车的速度为v1,求两磁场开始运动到列车开始运动所需要的时间t0。

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