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（15分）如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1Ω。质量为0.2kg的导体棒MN垂直于导轨放置，距离顶端1m，接
网友投稿  2023-04-20 00:00:00  互联网

◎ 题目

（15分）如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1 Ω。质量为0.2 kg的导体棒MN垂直于导轨放置，距离顶端1m，接入电路的电阻为1Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5。在导轨间存在着垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。先固定导体棒MN，2s后让MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光。重力加速度g取10 m/s2，sin37°＝0.6。求

（1）1s时流过小灯泡的电流大小和方向；
（2）小灯泡稳定发光时消耗的电功率；
（3）小灯泡稳定发光时导体棒MN运动的速度。

◎ 答案

（1）电流I=0.1A，方向逆时针；（2）电功率P="1" W；（3）速度vm＝5m/s。

◎ 解析


试题分析：（1）在0～2s的时间内，MN静止，故由电磁感应定律可得，电动势E==0.2V，再由欧姆定律得，电流I==0.1A，由于磁场是逐渐变大的，磁通量是增加的，故产生感应电动势的磁场是相反的，即沿斜面向上，由右手定则可判断出回路中的电流方向为逆时针方向；
（2）2s后，MN由静止释放时，此时它受到的安培力为F=BIL=0.8T×0.1A×0.5m=0.04N，而导体棒的重力沿斜面向下的分量为mgsin37°=0.2kg×10N/kg×0.6=1.2N，故导体棒会向下运动；待小灯泡稳定发光时，说明MN在某一速度下动动时，它受到的力是平衡的。

由导体棒的受力平衡可得：F=mgsin37°－μmgcos37°=0.2kg×10N/kg(0.6－0.5×0.8)=0.4N；
故安培力的大小为F=0.4N，
设平衡时电路中的电流为I1，由公式F=BI1L，得电路中的电流为I1==1A，
故小灯泡稳定发光时消耗的电功率P=I12R=(1A)2×1Ω=1W；
（3）设平衡时导体棒的动动速度为v，
则根据E1==BLv，I1=得，1A=，解之得v=5m/s。

◎ 知识点

    专家分析，试题“（15分）如图所示，足够长平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1Ω。质量为0.2kg的导体棒MN垂直于导轨放置，距离顶端1m，接…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  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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