问题
计算题
(10分)如图所示,两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内,距离为L=0.2米,在导轨的一端接有阻值为R=0.5欧的电阻,在0处有一与水平面垂直的均匀磁场,磁感强度B=0.5T,一质量为m=0.1千克的金属杆垂直放置在导轨上,并以v0=2米/秒的初速度进入磁场,在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下做匀变速直线运动,加速度大小为a=2米/秒2、方向与初速度方向相反,设导轨和金属杆的电阻都可以忽略,且接触良好,求:
(1)电流为零时金属杆所处的位置;
(2)电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向;
(3)保持其它条件不变,而初速度v0取不同值,求开始时F的方向与初速度v0取值的关系。
答案
(1)1m(2)牛,方向与
轴相反
向左运动时牛,方向与
轴相反
(3)当米/秒时,
,方向与
轴相反
当米/秒时,
,方向与
轴相同
(1)感应电动势,
得时
所以米
(2)最大电流
安培力为
牛
向右运动时,得
牛,方向与
轴相反
向左运动时,得
牛,方向与
轴相反
(3)开始时,
,
,得
当米/秒时,
,方向与
轴相反
当米/秒时,
,方向与
轴相同
本题考查电磁感应现象,由法拉第电磁感应定律可求得感应电动势,当电流为零时速度为零,当速度最大时电流最大,当速度为最大速度一半时求得速度和安培力大小,由牛顿第二定律分情况讨论,当导体棒向右和向左运动时分别列两个公式求解拉力大小