如图所示,电阻不计的平行光滑金属导轨ab、cd位于竖直平面内,两导轨间距L=0.1m,在ac间接有一阻值为R=0.08Ω的电阻,水平放置的导体棒PQ由静止开始下落(始终与导轨紧密接触

◎ 题目

如图所示,电阻不计的平行光滑金属导轨ab、cd位于竖直平面内,两导轨间距L=0.1m,在ac间接有一阻值为R=0.08Ω的电阻,水平放置的导体棒PQ由静止开始下落(始终与导轨紧密接触),导体棒电阻为r=0.02Ω,质量为m=0.1kg,当下落h=0.45m的高度时,进入方向水平且与导轨平面垂直的沿y方向逐渐减小而x方向不变的磁场中,磁场区域在竖直方向的高度为H=0.5m,导体棒PQ穿过磁场的过程中做加速度为a=9m/s2的匀加速直线运动,取g=10m/s2,求:
(1)导体棒刚进入磁场时,该处的磁感应强度B的大小;
(2)导体棒PQ刚进入磁场时感应电流的大小与方向;
(3)导体棒PQ穿过磁场过程中克服安培力所做的功;
(4)磁感应强度B随y变化的函数关系(坐标系如图所示).
魔方格

◎ 答案

(1)导体棒刚进入磁场时的速度:由
v20
=2gh
      得:v0=

2gh
=3m/s

导体棒进入磁场时所受安培力:F=BIL=
B2L2v0
R+r

根据牛顿第二定律得:mg-
B2L2v0
R+r
=ma
代入解得:B=

3
3
T

(2)导体棒PQ刚进入磁场时感应电流的大小为:I=
E
R+r
=
BLv0
R+r
=
0.1×3

3
(0.08+0.02)
A=

3
A

由右手定则判断得:导体棒PQ中感应电流的方向:P→Q
(3)根据动能定理得:mgH-|WF安|=maH
得:|WF安|=mH(g-a)=0.1×0.5(10-9)J=0.05J
(4)由mg-
B2L2v
R+r
=ma
和 v2-v02=2ay得:
B=
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