如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与导轨平
◎ 题目
如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为α,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直.长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“ ”型装置,总质量为m,置于导轨上.导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生,图中未画出).线框的边长为d(d<l),电阻为R,下边与磁场区域上边界重合.将装置由静止释放,导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回,导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直.重力加速度为g. 求:(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热Q; (2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1; (3)经过足够长时间后,线框上边与磁场区域下边界的最大距离Χm. |
◎ 答案
(1)设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中,作用在线框上的安培力做功为W 由动能定理 mgsinα?4d+W-BIld=0 且Q=-W 解得 Q=4mgdsinα-BIld (2)设线框刚离开磁场下边界时的速度为v1,则接着向下运动2d 由动能定理得:mgsinα?2d-BIld=0-
装置在磁场中运动时收到的合力F=mgsinα-F′ 感应电动势 E=Bdv 感应电流 I′=
安培力 F'=BI'd 由牛顿第二定律,在t到t+△t时间内,有△v=
则∑△v=∑[gsinα-
有v1=gt1sinα-
解得 t1=
(3)经过足够长时间后,线框在磁场下边界与最大距离xm之间往复运动 由动能定理 mgsinα?xm-BIl(xm-d)=0 解得 xm=
答:(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热为4mgdsinα-BIld;(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1为 |