如圖*所示,兩根間距=1.0m、電阻不計的足夠長平行金屬導軌ab、cd水平放置,一端與阻值R=2.0Ω的電阻相...
問題詳情:
如圖*所示,兩根間距=1.0m、電阻不計的足夠長平行金屬導軌ab、cd水平放置,一端與阻值R=2.0Ω的電阻相連.質量m=0.2kg的導體棒ef在恆定外力F作用下由靜止開始運動,已知導體棒與兩根導軌間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力均為f=1.0N,導體棒電阻為r=10Ω,整個裝置處於垂直於導軌平面向上的勻強磁場B中,導體棒運動過程中加速度a與速度v的關係如圖乙所示(取g=10m/s2).求:
(1)當導體棒速度為v時,棒所受安培力F安的大小(用題中字母表示).
(2)磁場的磁感應強度B.
(3)若ef棒由靜止開始運動距離為S=6.9m時,速度已達v′=3m/s.求此過程中產生的焦耳熱Q.
【回答】
解:(1)當導體棒速度為v時,導體棒上的電動勢為E,電路中的電流為I.
由法拉第電磁感應定律:E=BLv ①
由歐姆定律:I= ②
導體棒所受安培力F=BIL ③
解①②③得:F安= ④
(2)由圖可知:導體棒開始運動時加速度a1=5m/s2,初速度v0=0,導體棒中無電流.
由牛頓第二定律知:F﹣f=ma1 ⑤
解得:F=2N ⑥
由圖可知:當導體棒的加速度a=0時,開始以v=3m/s做勻速運動
此時有:F﹣f﹣F安=0 ⑦
解④⑦得:B=
帶入資料解得:B=1T ⑧
(3)設ef棒此過程中,產生的熱量為Q,
由功能關係知:(F﹣f)s=Q+mv2 ⑨
帶入資料解得Q=6J ⑩
知識點:安培力與洛倫茲力單元測試
題型:計算題
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