如图(a)所示,间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场,磁感应强度为B;在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场,其磁感应强

◎ 题目

如图(a)所示,间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场,磁感应强度为B;在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场,其磁感应强度Bt的大小随时间t变化的规律如图(b)所示。t =0时刻在轨道上端的金属细棒ab从如图位置由静止开始沿导轨下滑,同时下端的另一金属细棒.cd在位于区域I内的导轨上由静止释放。在ab棒运动到区域Ⅱ的下边界EF处之前,cd棒始终静止不动,两棒均与导轨接触良好。已知cd棒的质量为m、电阻为R,ab棒的质量、阻值均未知,区域Ⅱ沿斜面的长度为2l,在t=tx时刻(tx未知)ab棒恰进入区域Ⅱ,重力加速度为g。求:
  
(1)通过cd棒电流的方向和区域I内磁场的方向;
(2)当ab棒在区域Ⅱ内运动时cd棒消耗的电功率;
(3)ab棒开始下滑的位置离EF的距离;
(4)ab棒开始下滑至EF的过程中回路中产生的热量。

◎ 答案

(1)d→c;磁场方向为垂直于斜面向上(2)(3)3l(4)4mglsinθ

◎ 解析


试题分析:(1)通过cd棒的电流方向 d→c,区域I内磁场方向为垂直于斜面向上
(2)对cd棒,F=BIl=mgsinθ所以通过cd棒的电流大小I =
当ab棒在区域II内运动时cd棒消耗的电功率P=I2R=
(3)ab棒在到达区域II前做匀加速直线运动,a==gsinθ
cd棒始终静止不动,ab棒在到达区域II前、后,回路中产生的感应电动势不变,则ab棒在区域II中一定做匀速直线运动
可得;=Blvt   
=Blgsinθt x   
所以t x=
ab棒在区域II中做匀速直线运动的速度vt=
则ab棒开始下滑的位置离EF的距离
(4) ab棒在区域II中运动的时间t2==
ab棒从开始下滑至EF的总时间t=" t" x+t2=2 
ε=Blvt =Bl
ab棒从开始下滑至EF的过程中闭合回路中产生的热量:Q=εIt=4mglsinθ
点评:本题属于综合程度较高的电磁感应综合问题。通过右手定则判断感应电流方向,结合电磁感应定律判断感应电动势,通过受力分析判断平衡条件,最终分析问题。

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图(a)所示,间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场,磁感应强度为B;在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场,其磁感应强…”主要考查了你对  【法拉第电磁感应定律】  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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