问题 问答题

如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=5Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感强度为B0=1T.将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻均不计.现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度,cd距离NQ为s=1m.试解答以下问题:(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大?

(2)金属棒达到的稳定速度是多大?

(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则t=1s时磁感应强度应为多大?

答案

(1)在达到稳定速度前,金属棒的加速度逐渐减小,速度逐渐增大.

达到稳定速度时,有FA=B0IL,mgsinθ=FA+μmgcosθ

则得 I=

mg(sin37°-μcos37°)
B0L
=
0.05×10×(0.6-0.5×0.8)
1×0.5
=0.2A

(2)根据E=B0Lv、I=

E
R

  v=

IR
B0L
=
0.2×5
1×0.5
m/s=2m/s

(3)当回路中的总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流.此时金属棒将沿导轨做匀加速运动.

  mgsinθ-μmgcosθ=ma

a=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.6-0.5×0.8)m/s2=2m/s2

设t时刻磁感应强度为B,则:B0Ls=BL(s+vt+

1
2
at2)

B=

B0s
s+vt+
1
2
at2
=
1×1
1+2t+t2
T=
1
t2+2t+1
T

故t=1s时磁感应强度B=

1
12+2×1+1
=0.25T

答:

(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流是0.2A.

(2)金属棒达到的稳定速度是2m/s.

(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则t=1s时磁感应强度应为0.25T.

填空题
填空题