如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨,“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻

◎ 题目

如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2 m、宽为d=1 m的金属“U”型导轨,“U”型导轨右侧l=0.5 m范围 内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻,质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g=10 m/s2)。
(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;
(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;
(3)计算4s内回路产生的焦耳热。

◎ 答案

解:(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动,有:

代入数据解得:t=1 s,x=0.5 m,导体棒没有进入磁场区域
导体棒在1s末已停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍为x=0.5 m
(2)前2s磁通量不变,回路电动势和电流分别为:E=0,I=0
后2s回路产生的电动势为:
回路的总长度为5m,因此回路的总电阻为:R=5λ=0.5 Ω
电流
根据楞次定律,在回路中的电流方向是顺时针方向
(3)前2s电流为零,后2s有恒定电流,焦耳热为:Q=I2Rt=0.04 J

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨,“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  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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