题目内容

18.图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距l为1m,电阻不计.导轨所在平面与磁感应强度B为0.50T的匀强磁场垂直.质量m为0.2kg、电阻为1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触.导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为2Ω的电阻R1滑动变阻器此时接入电路中电阻与R1相等.当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑,重力加速度取10m/s2,试求
(1)此时杆的速率v
(2)整个电路中产生的热功率.

分析 (1)当杆ab匀速下滑时,所受的重力和安培力相等,结合切割产生的感应电动势公式、安培力公式和闭合电路欧姆定律求出杆的速率.
(2)根据能量守恒,抓住重力的功率等于整个电路中产生的热功率求出热功率的大小.

解答 解:(1)闭合回路的总电阻${R}_{总}=\frac{{R}_{1}}{2}+r=1+1Ω=2Ω$,
根据E=BLv,I=$\frac{E}{{R}_{总}}$,F=BIL知,安培力F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{{R}_{总}}$,
根据mg=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{{R}_{总}}$得,杆的速率v=$\frac{mg{R}_{总}}{{B}^{2}{L}^{2}}=\frac{2×2}{0.25×1}m/s=16m/s$.
(2)根据能量守恒得,重力的功率等于整个电路中产生的热功率,则P=mgv=2×16W=32W.
答:(1)此时杆的速率v为16m/s;
(2)整个电路中产生的热功率为32W

点评 本题考查了电磁感应与力学、电路、能量的基本综合,知道杆ab匀速下滑时,安培力和重力相等,掌握安培力的经验表达式F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{{R}_{总}}$,并能灵活运用.

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