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如图所示,两根光滑的平行金属导轨处于同一水平面内,相距L=0.3m,导轨的左端M、N用0.2Ω的电阻R连接,导轨电阻不计.导轨上停放着一金属杆,杆的电阻r=0.1Ω,质量m=0.1kg

网友投稿  2022-12-16 00:00:00  零零社区

◎ 题目

如图所示,两根光滑的平行金属导轨处于同一水平面内,相距L=0.3m,导轨的左端M、N用0.2Ω的电阻R连接,导轨电阻不计.导轨上停放着一金属杆,杆的电阻r=0.1Ω,质量m=0.1kg,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感强度B=0.5T.现在金属杆上施加一垂直于杆的水平外力F,使R上的电压每秒钟均匀地增加0.05V,且电流方向由M点流向N点,设导轨足够长,则:
(1)说明外力F的方向.
(2)写出外力F随时间变化的函数式.
(3)试求从杆开始运动后的2s内通过电阻R的电量.
魔方格

◎ 答案


(1)根据楞次定律来感应电流的方向,再由左手定则来确定安培力的方向,即为:水平向左,
由于外力与安培力相平衡,所以外力的方向为:水平向右;                                                
(2)因为U=IR,
闭合电路欧姆定律,I=
E
r+R

法拉第电磁感应定律,E=BLv                                                  
所以U=
RBLv
r+R

△U
△t
=
RBL
r+R
?
△v
△t

则有:0.05=
0.2×0.5×0.3
0.1+0.2
a

解得:a=0.5m/s2                                                
安培力大小,FA=BIL                                                   
则有,FA=B
BLv
r+R
L=
B2L2at
r+R
FA=
0.52×0.32×0.5t
0.1+0.2
                                       
解得:FA=0.0375t(N)                                            
根据牛顿第二定律,F-FA=ma,
解得:F-0.0375t=0.1×0.5,
即F=0.05+0.0375t(N)                                     
(3)因U1=0,
又U2=0.05×2=0.1V                                        
则有,Q=
1
2
(U1+U2)
R
t
                                          
Q=
1
2
×
0+0.1
0.2
×2
                                          
解得:Q=0.5C                                                  
答:(1)说明外力F的方向为水平向右.
(2)则外力F随时间变化的函数式F=0.05+0.0375t(N).
(3)则从杆开始运动后的2s内通过电阻R的电量0.5C.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,两根光滑的平行金属导轨处于同一水平面内,相距L=0.3m,导轨的左端M、N用0.2Ω的电阻R连接,导轨电阻不计.导轨上停放着一金属杆,杆的电阻r=0.1Ω,质量m=0.1kg…”主要考查了你对  【闭合电路欧姆定律】,【导体切割磁感线时的感应电动势】,【电磁感应现象中的磁变类问题】,【电磁感应现象中的切割类问题】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。



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