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?
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(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
=0.2A0.05×10×(0.6-0.5×0.8) 1×0.5
(2)根据E=B0Lv、I=
得E R
v=
=IR B0L
m/s=2m/s0.2×5 1×0.5
(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+
at2)1 2
B=
=B0s s+vt+
at21 2
T=1×1 1+2t+t2
T1 t2+2t+1
故t=1s时磁感应强度B=
=0.25T1 12+2×1+1
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.