(2012•韶关一模)如图所示,足够长的金属导轨MN、PQ平行放置,间距为L,与水平面成θ角,导轨与定值电阻R1和R2相

(2012•韶关一模)如图所示,足够长的金属导轨MN、PQ平行放置,间距为L,与水平面成θ角,导轨与定值电阻R1和R2相连,且R1=R2=R,R1支路串联开关S,原来S闭合.匀强磁场垂直导轨平面向上,有一质量为m、有效电阻也为R的导体棒ab与导轨垂直放置,它与导轨的接触粗糙且始终接触良好,现让导体棒ab从静止开始释放,沿导轨下滑,当导体棒运动达到稳定状态时速率为V,此时整个电路消耗的电功率为重力功率的[3/4].已知重力加速度为g,导轨电阻不计,求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小和达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I;
(2)如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态,在这一过程中回路中产生的电热是多少?
(3)导体棒ab达到稳定状态后,断开开关S,从这时开始导体棒ab下滑一段距离后,通过导体棒ab横截面的电量为q,求这段距离是多少?
千万别再忘了 1年前 已收到1个回答 举报

寒风冷雨的我 幼苗

共回答了26个问题采纳率:76.9% 举报

解题思路:(1)当导体棒匀速运动时达到稳定状态,此时速率为V,重力功率为mgVsinθ.由E=BLV、I=ER总、P电=I2R总,得到回路的总电功率P电,根据电功率为重力功率的34,列式求磁感应强度B.并求出通过ab棒的电流I;(2)根据重力功率等于电功率与克服摩擦力做功功率之和,列式求出摩擦力大小,由能量守恒求回路中产生的电热;(3)S断开后,由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量公式q=It,得到电量q与距离的关系,即可求出距离.

(1)回路中的总电阻为:R=[3/2R
当导体棒ab以速度V匀速下滑时棒中的感应电动势为:E=BLV
此时棒中的感应电流为:I=
E
R总]
此时回路的总电功率为:P=I2R
此时重力的功率为:P=mgVsinθ.
据题给条件有:P=[3/4P重
解得:I=

mgVsinθ
2R],B=
3
2L

mgRsinθ
2V
(2)设导体棒ab与导轨间的滑动摩擦力大小为f,根据能的转化和守恒定律可知:
P=P+fV
则有 [1/4mgVsinθ=fV
解得:f=
1
4mgsinθ
导体棒ab减少的重力势能等于增加的动能、回路中产生的焦耳热以及克服摩擦力做功的和:
mgsinθ•x=
1
2mV2+Q+fx
解得:Q=
3
4]mgsinθ•x-[1/2mV2
(3)S断开后,回路中的总电阻为:R′=2R
设这一过程经历的时间为△t,这一过程回路中的平均感应电动势为
.
E],通过导体棒ab的平均感应电流为
.
I,导体棒ab下滑的距离为S,则:

.
E=[△Φ/△t]=[BLS/△t],
.
I=

.
E
R总′=[BLS/2R△t]
得:q=
.
I△t=[BLS/2R]
解得:S=
4q
3

2VR
mgsinθ
答:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小
3
2L

mgRsinθ
2V,达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I为

mgVsinθ
2R;
(2)如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态,在这一过程中回路中产生的电热是[3/4]mgsinθ•x-[1/2mV2;
(3)导体棒ab达到稳定状态后,断开开关S,从这时开始导体棒ab下滑一段距离后,通过导体棒ab横截面的电量为q,这段距离是
4q
3

2VR
mgsinθ].

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 解答本题关键是通过分析功率关系,求出磁感应强度和摩擦力,是电磁感应与电路结合的题目,明确电路的结构解决问题.同时,对于感应电量,要很熟练地根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量公式q=It进行推导.

1年前

1
可能相似的问题
Copyright © 2024 YULUCN.COM - 雨露学习互助 - 16 q. 0.030 s. - webmaster@yulucn.com