如图*所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上,导轨间距l=0.6m,两导轨的左端用导线连...
问题详情:
如图*所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上,导轨间距l=0.6 m,两导轨的左端用导线连接电阻R1及理想电压表V,电阻r=2 Ω的金属棒垂直于导轨静止在AB处;右端用导线连接电阻R2,已知R1=2 Ω,R2=1 Ω,导轨及导线电阻均不计.在矩形区域CDFE内有竖直向上的磁场,CE=0.2 m,磁感应强度随时间的变化如图乙所示.开始时电压表有示数,当电压表示数变为零后,对金属棒施加一水平向右的恒力F,使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值,金属棒在磁场中运动时电压表的示数始终保持不变.求:
(1)t=0.1 s时电压表的示数;
(2)恒力F的大小;
(3)从t=0时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量.
【回答】
解析:(1)设磁场宽度为d=CE,在0~0.2 s的时间内,
有E=,E=ld=0.6 V 2分
此时,R1与金属棒r并联,再与R2串联
R=R并+R2=1+1=2(Ω) 1分
U=R并=0.3 V. 2分
(2)金属棒进入磁场后,R1与R2并联,再与r串联,有
I′=+=0.45 A 1分
FA=BI′l 1分
FA=1.00×0.45×0.6=0.27(N) 2分
由于金属棒进入磁场后电压表示数始终不变,所以金属棒做匀速运动,有F=FA
故F=0.27 N. 1分
(3)金属棒在0~0.2 s的运动时间内,有
Q=t=0.036 J 1分
金属棒进入磁场后,有
R′=+r= Ω
E′=I′R′=1.2 V 1分
E′=Blv,v=2 m/s 1分
t′===0.1(s) 1分
Q′=E′I′t′=0.054 J 1分
Q总=Q+Q′=0.036+0.054=0.090(J). 1分
*:(1)0.3 V (2)0.27 N (3)0.090 J
知识点:法拉第电磁感应定律
题型:计算题
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