如图所示,两足够长的平行金属导轨水平放置,间距为L,左端接有一阻值为R的电阻;所在空间分布有竖直向上,磁感应强度为B的匀

如图所示,两足够长的平行金属导轨水平放置,间距为L,左端接有一阻值为R的电阻;所在空间分布有竖直向上,磁感应强度为B的匀强磁场.有两根导体棒c、d质量均为m,电阻均为R,相隔一定的距离垂直放置在导轨上与导轨紧密接触,它们与导轨间的动摩擦因数均为μ.现对c施加一水平向右的外力,使其从静止开始沿导轨以加速度a做匀加速直线运动.(已知导体棒c始终与导轨垂直、紧密接触,导体棒与导轨的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,导轨的电阻忽略不计,重力加速度为g)

(1)经多长时间,导体棒d开始滑动;
(2)若在上述时间内,导体棒d上产生的热量为Q,则此时间内水平外力做的功为多少?
实力ee 1年前 已收到1个回答 举报

san580073 种子

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解题思路:(1)当d受到的安培力与摩擦力相等时,d开始运动,由E=BLv、欧姆定律、安培力公式可以求出c的运动时间;(2)由能量守恒定律可以求出拉力的功.

(1)设导体棒d刚要滑动的瞬间,流过d的电流为I,c的瞬时速度为v,
导体棒c切割磁感线产生的电动势:E=BLv…①
电路总电阻为:R=R+[R/2]=[3R/2]
电路中的感应电流:I=[E
R总=
BLv

3R/2]=[2BLv/3R],
通过d的电流为:Id=[1/2]I=[BLv/3R]… ②
d受到的安培力大小为:FA=BIdL…③
当安培力与摩擦力相等时,d开始运动,
由此得:FA=μmg…④
c的运动时间为:t=[v/a]⑤
由①②③④⑤解得:t=[3μmgR
B2L2a…⑥
v=
3μmgR
B2L2…⑦
(2)导体棒d上产生的热量为Q,
则整个电路上产生的热量为:Q′=6Q… ⑧
c发生的位移为:x=
1/2]at2…⑨
外力做的功为:W=[1/2]mv2+μmgx+Q′…⑩
由⑥⑦⑧⑨⑩解得:W=
9μ2m3g2R2
2B4L4(1+[μg/a])+6Q;
答:(1)经过时间[3μmgR
B2L2a导体棒d开始滑动.
(2)水平外力做的功为
9μ2m3g2R2
2B4L4(1+
μg/a])+6Q.

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 分析清楚导体棒的运动过程、知道d棒开始运动的条件,应用E=BLv、欧姆定律、安培力公式、能量守恒定律即可正确解题.

1年前

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