如图所示,光滑的U型金属导轨PQMN水平地固定在竖直向上的匀强磁场中.磁感应强度为B,导轨的宽度为L,其长度足够长,QM

如图所示,光滑的U型金属导轨PQMN水平地固定在竖直向上的匀强磁场中.磁感应强度为B,导轨的宽度为L,其长度足够长,QM之间接有一个阻值为R的电阻,其余部分电阻不计.一质量为m,电阻也为R的金属棒ab,恰能放在导轨之上并与导轨接触良好.当给棒施加一个水平向右的冲量,棒就沿轨道以初速度v0开始向右滑行.求:

(1)开始运动时,棒中的瞬间电流i和棒两端的瞬间电压u分别为多大?
(2)当棒的速度由v0减小到[1/10]v0的过程中,棒中产生的焦耳热Q是多少?棒向右滑行的位移x有多大?
泰山一棵葱 1年前 已收到2个回答 举报

stonylove 春芽

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解题思路:(1)根据切割磁感线产生的电动势,与闭合电路欧姆定律,即可求解;
(2)根据能量守恒定律,可求整个电路的焦耳热,再求出棒中电阻产生焦耳热.通过取极短时间,运用牛顿第二定律与闭合电路欧姆定律,结合极限思想,从而即可求解.

(1)开始运动时,棒中的感应电动势:
e=Lv0B
棒中的瞬时电流:i=[e/2R]=
BLv0
2R
棒两端的瞬时电压:u=[R/R+R]e=[1/2]Lv0B
(2)由能量转化与守恒定律知,全电路在此过程中产生的焦耳热:
Q=[1/2]mv02-[1/2]m([1/10]v02=[99/200]mv02
∴棒中产生的焦耳热为:Q=[1/2]Q=[99/400]mv02
令:△t表示棒在减速滑行时某个无限短的时间间隔,则在这一瞬时,结合安培力
和瞬时加速度的极限思想,应用牛二律有:
iLB=m[△v/△t]
结合电磁感应定律和瞬时速度的极限思想,应用全电路欧姆定律有:
i•2R=LBv=LB[△x/△t]
所以:mLB△v=LB•2R△x,即:△x∝△v
所以对于全过程,上述正比例关系仍成立
所以对于全过程(△v=[9/10]v0),得:
△x=x=[9/10][Rm
L2B2v0
答:(1)开始运动时,棒中的瞬间电流i=
BLv0/2R]和棒两端的瞬间电压u=[1/2]Lv0B;
(2)当棒的速度由v0减小到[1/10]v0的过程中,棒中产生的焦耳热Q=[99/400]mv02;棒向右滑行的位移x=[9/10][Rm
L2B2v0.

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 考查法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律的应用,掌握能量守恒定律,注意棒的焦耳与整个电路的焦耳热的关系,同时突出极限思想.
当然还可以借用下面的“微分”思路求解第二小问:令△t表示棒在减速滑行的某个无限短的时间间隔,则△t内,
应用动量定理有:iLB△t=m△v
应用全电路欧姆定律有:i=BLv•2R
又因为:v△t=△x
所以:B2L2/2R]△x=m△v
即:△x∝△v
所以 对于全过程,上述正比例关系仍成立
所以 对于全过程(△v=[9/10]v0),得:
△x=x=[9/10]RmL2B2v0

1年前

4

释放自己? 幼苗

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(1)
U = B L v0
I = B L v0 / (2R)
(2)
磁场做功等于金属棒动能减小量, 同时也等于焦耳热.
因此, Q=m v0^2 / 2 (1 - 1/100)
磁场力冲量等于金属棒动量改变量
(BL)^2 x / (2R) = m v0 (1 - 1/10)
x = 9/5 m v0 R / (BL)^2

1年前

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