题目内容

19.如图所示,水平面上有两根相距0.5m的足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻可忽略不计,在M和P之间接有阻值R=4Ω的电阻.导体棒ab长L=0.5m,其电阻为r=1Ω,质量m=0.1kg,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4T.现在在导体棒ab上施加一个水平向右的力F,使ab以v=10m/s的速度向右做匀速运动时,求:
(1)ab中的感应电动势多大?ab中电流的方向如何?
(2)撤去F后,ab做减速运动,当速度变为5m/s时,求此时ab的加速度为多大?此刻R和r的电功率各为多少?
(3)从撤去F到ab停止运动,电路中共产生多少焦耳热?

分析 (1)由公式E=BLv,求解ab中的感应电动势.由右手定则判断ab中电流的方向.
(2)当速度变为5m/s时,根据E=BLv、欧姆定律求得感应电流,再由F=BIL求出安培力,即可由牛顿第二定律求加速度.再结合功率公式求R和r的电功率.
(3)从撤去F到ab停止运动,棒减少的动能全部转化为闭合电路的电能,由能量守恒定律求解.

解答 解:(1)ab中的感应电动势为 E=BLv=0.4×0.5×10V=2V   
由右手定则判断知ab中电流的方向从b到a.        
(2)由牛顿第二定律F合=ma得         
   F合=F安=BIL   
又 I=$\frac{E}{R+r}$
    E=BLv           
联立以上三式有:a=0.4m/s2 和I=0.2 A
R的电功率为 PR=I2R=0.22×4W=0.16 W
r的电功率为 Pr=I2r=0.22×1W=0.04 W                      
(3)从撤去F到ab停止运动,棒减少的动能全部转化为闭合电路的电能,由能量守恒定律有:
  Q=△Ek=$\frac{1}{2}$mv2=$\frac{1}{2}×0.1×1{0}^{2}$J=5J                     
答:
(1)ab中的感应电动势是2V,ab中电流的方向从b到a.
(2)撤去F后,ab做减速运动,当速度变为5m/s时,此时ab的加速度为0.4m/s2,此刻R和r的电功率各为0.16 W和0.04 W.
(3)从撤去F到ab停止运动,电路中共产生5J的焦耳热.

点评 本题要掌握法拉第电磁感应定律、右手定则,正确判断能量的转化情况.在电磁感应问题求焦耳热,若电流是变化的,应根据能量守恒定律求焦耳热.若电流是恒定的,可根据焦耳定律求焦耳热.

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