(2011•浙江二模)如图所示(俯视图),相距为2L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

(2011•浙江二模)如图所示(俯视图),相距为2L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大小为B,方向垂直导轨平面向下,导轨右侧接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计.在距边界OO′为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab.求解以下问题:
(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时间t内由B均匀减小到零.求此过程中电阻R上产生的焦耳热Ql
(2)若磁场的磁感应强度不变,金属杆ab在恒力作用下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.求:
①金属杆ab刚要离开磁场时的加速度大小;
②此过程中电阻R上产生的焦耳热Q2
嘟闷嘟 1年前 已收到1个回答 举报

xx身子大姐命 春芽

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解题思路:根据法拉第电磁感应定律求出线框中感应电动势.
根据焦耳定律求出电阻R上产生的焦耳热Ql
对金属杆ab进行受力分析和运动过程分析,应用动能定理研究从L到3L的过程,表示出恒力F.
对金属杆ab刚要离开磁场时进行受力分析,运用牛顿第二定律列出等式求出加速度.
运用动能定理研究由起始位置到发生位移L的过程,求出安培力做功.
根据功能关系知道克服安培力做功求出电路中产生的焦耳热.

(1)磁场的磁感应强度在时间t内由B均匀减小到零,说明[△B/△t=
B
t]
根据法拉第电磁感应定律得出此过程中的感应电动势为:
E1=[△Φ/△t]=
2BL2
t ①
通过R的电流为I1=
E1
R ②
此过程中电阻R上产生的焦耳热为Q1=I12Rt ③
联立求得Q1=
4B2L4
Rt
(2)①ab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)=[1/2]m(v22-v12) ④
ab杆刚要离开磁场时,感应电动势E2=2BLv1
通过R的电流为I2=
E2
R ⑥
ab杆水平方向上受安培力F和恒力F作用,安培力为:
F=2BI2L ⑦
联立⑤⑥⑦F=
4B2L2v1
R ⑧
由牛顿第二定律可得:F-F=ma ⑨
联立④⑧⑨解得a=
v22−v12
4L-
4B2L2v1
mR
②ab杆在磁场中由起始位置到发生位移L的过程中,由动能定理可得:
FL+W=[1/2]mv12-0
W=[1/2]mv12-FL ⑩
根据功能关系知道克服安培力做功等于电路中产生的焦耳热,
所以联立④⑩解得Q2=-W=
m(v22−3v12)
4
答:(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时间t内由B均匀减小到零.此过程中电阻R上产生的焦耳热为
4B2L4
Rt.
(2)①金属杆ab刚要离开磁场时的加速度大小是
v22−v1

点评:
本题考点: 法拉第电磁感应定律;牛顿第二定律;安培力;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 要能够把法拉第电磁感应定律与电路知识结合运用.
电磁感应中动力学问题离不开受力分析和运动过程分析.
关于电磁感应中能量问题我们要从功能关系角度出发研究.

1年前

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