如图所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,相距0.4m的MM′

◎ 题目

如图所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,相距0.4m的MM′、NN′相互平行,电阻不计且足够长.电阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM'.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T.垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab从静止开始无摩擦地运动,始终与MM′、NN′保持良好接触.当ab运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2
(1)求框架开始运动时ab速度v的大小;
(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1J,求该过程ab位移x的大小.
魔方格

◎ 答案

(1)由题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力F=μFN=μ(m1+m2)g
    ab中的感应电动势E=Blv
    MN中电流  I=
E
R1+R2

   MN受到的安培力 F=IlB
   框架开始运动时F=F
   由上述各式代入数据,解得v=6m/s 
  (2)导体棒ab与MN中感应电流时刻相等,由焦耳定律Q=I2Rt得知,Q∝R
      则闭合回路中产生的总热量:Q=
R1+R2
R2
Q

       由能量守恒定律,得:Fx=
1
2
mv2+Q

    代入数据解得x=1.1m 
答:(1)求框架开始运动时ab速度v的大小为6m/s;
    (2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中ab位移x的大小为1.1m.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,相距0.4m的MM′…”主要考查了你对  【闭合电路欧姆定律】,【磁场对通电导线的作用:安培力、左手定则】,【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】,【能量守恒定律、第一类永动机】  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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