如图所示,MN和PQ是水平光滑的导轨,ab为垂直搁在导轨上的导体棒,它们的电阻都可忽略不计.竖直的匀强磁场穿过导轨平面,导轨的左端与一电路连接,图中R1=5Ω,R2=15Ω,R3为滑

◎ 题目

如图所示,MN和PQ是水平光滑的导轨,ab为垂直搁在导轨上的导体棒,它们的电阻都可忽略不计.竖直的匀强磁场穿过导轨平面,导轨的左端与一电路连接,图中R1=5Ω,R2=15Ω,R3为滑动变阻器,伏特表的量程为0~20V,安培表的量程为0~3A.请完成下列问题:
(1)当滑动变阻器阻值调节为30Ω,ab棒向右匀速滑动时,两个电表中有一个满偏,另一个处于正常状态,请问是哪一个电表的指针满偏?另一个电表的示数是多少?
(2)在(1)题的情况下,若ab棒所受向右的水平拉力大小为20N,求ab棒匀速运动的速度大小;
(3)若ab棒在30N的水平拉力作用下匀速运动,为了使两个电表都能正常工作,求滑动变阻器的电阻值的变化范围.

魔方格

◎ 答案

(1)假设电压表满偏,则通过变阻器的电流为I3=
U
R3
=
20
30
A
=
2
3
A
,通过R2的电流为I2=
U
R2
=
4
3
A
,则干路电流I=I2+I3=2A<3A,所以电压表满偏正常,电流表的示数为2A.
(2)ab棒匀速运动时,水平拉力F与安培力大小相等,则有FA=F=BIL,得   BL=
F
I
=10N/A.
感应电动势E=U+IR1=(20+2×5)V=30V,
又E=BLv,则得
    v=
E
BL
=3m/s
(3)当水平拉力为30N时,电路中电流为  I′=
FA
BL
=
30
10
=3A,可见,电流表的示数与R3的取值无关,总是3A.R2与R3并联,R3越大,电压表示数越大,所以当电压表满偏时,R3的取值最大,此时I2=
4
3
A
,则
   通过变阻器的电流为I3′=I′-I2=3A-
4
3
A
=
5
3
A

所以变阻器的电阻为
   R3=
U
I3
=12Ω
所以滑动变阻器的电阻值的变化范围为0~12Ω.
答:
(1)当滑动变阻器阻值调节为30Ω,ab棒向右匀速滑动时,两个电表中有一个满偏,另一个处于正常状态,电压表的指针满偏,电流表的示数是2A.
(2)在(1)题的情况下,若ab棒所受向右的水平拉力大小为20N,ab棒匀速运动的速度大小是3m/s;
(3)若ab棒在30N的水平拉力作用下匀速运动,为了使两个电表都能正常工作,滑动变阻器的电阻值的变化范围为0~12Ω.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,MN和PQ是水平光滑的导轨,ab为垂直搁在导轨上的导体棒,它们的电阻都可忽略不计.竖直的匀强磁场穿过导轨平面,导轨的左端与一电路连接,图中R1=5Ω,R2=15Ω,R3为滑…”主要考查了你对  【共点力的平衡】,【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】  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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