题目内容

【题目】如图(甲)所示,一对平行光滑导轨放置在水平面上,两导轨间距l=0.2m,电阻R=1.0;有一导体杆静止地放置在导轨上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下。现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得力与时间t的关系如图(乙)所示。求杆的质量m和加速度a.

【答案】

【解析】

试题分析其受力:水平方向上,安培力和外力F,由题意导体杆匀加速运动,所以合外力恒定,即F-F安=ma;根据法拉第电磁感应定律求出安培力的表达式,再结合图形即可解题:

导体杆与光滑轨道、电阻R组成闭合回路,当杆向右运动时在回路中产生感应电流,杆在外力和安培力作用下匀加速运动,经时间t速度为υ,则有:

杆切割磁感线,产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律

由右手定则判断感应电流方向为逆时针方向,根据欧姆定律:

杆受到的安培力,由楞次定律中的阻碍知:方向向左,大小为

根据牛顿第二定律

解以上各式得:,这就是外力F和时间t的函数关系。

在图像上任意取两点即可解得结果,

如取(0,1)和(20,3)两点代入最后的函数关系就能得两个方程,

解得:

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