题目内容

7.如图甲所示(俯视图),相距为d=0.2m的光滑平行金属导轨水平放置,导轨一部分处在以OO′为右边界的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小为B=3.0T,方向垂直导轨平面向下,导轨右侧接有定值电阻R=1.0Ω,导轨电阻忽略不计,在距边界OO′为L=0.1m处垂直导轨放置一质量为m=0.1kg、电阻不计的金属杆ab.
(1)若金属杆ab固定在导轨上的初始位置,磁场的磁感应强度在△t=0.1s内由3.0T均匀减小到零,求此过程中电阻R上产生的焦耳热Q;
(2)若磁感应强度保持3.0T不变,金属杆ab在恒力作用下从初始位置由静止开始向右运动3L距离,其v-x的关系图象如图乙所示,金属杆ab在刚要离开磁场时流过电阻R的电流大小以及此过程中导体棒ab克服安培力所做的功W.

分析 (1)根据法拉第电磁感应定律求解产生的感应电动势,根据闭合电路的欧姆定律求解通过R的电流强度,根据焦耳定律计算电阻R上产生的焦耳热;
(2)计算出ab杆刚要离开磁场时通过R的电流,由动能定理和功能关系求解此过程中克服阿丽做的功.

解答 解:(1)此过程中产生的感应电动势E1=$\frac{△Φ}{△t}=\frac{△B}{△t}Ld=0.6V$,
通过R的电流强度为I=$\frac{{E}_{1}}{R}=\frac{0.6}{1}A=0.6A$,
此过程中电阻R上产生的焦耳热为:Q1=${I}_{1}^{2}R•△t$=0.62×1×0.1J=0.036J;
(2)ab杆刚要离开磁场时,感应电动势:E2=Bdv1=0.6V,
此时通过R的电流为I2=$\frac{{E}_{2}}{R}=\frac{0.6}{1}A$=0.6A,
ab杆离起始位置的位移从L到3L的过程中,由动能定理可得:
F(3L-L)=$\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$,
ab杆在磁场中由起始位置发生位移L的过程中,根据功能关系可得:
FL-W=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$-0,
解得此过程中克服阿丽做的功W=$\frac{m({v}_{2}^{2}-3{v}_{1}^{2})}{4}$=0.325J.
答:(1)此过程中电阻R上产生的焦耳热为0.036J;
(2)金属杆ab在刚要离开磁场时流过电阻R的电流大小为0.6A,此过程中导体棒ab克服安培力所做的功W为0.325J.

点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题,根据平衡条件列出方程;另一条是能量,分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题,根据动能定理、功能关系等列方程求解.

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