如图所示,间距为l的平行金属导轨LMN和OPQ分别固定在两个竖直面内,电阻为R、质量为m、长为l的相同导体杆ab和cd分别放置在导轨上,并与导轨垂直.在水平光滑导轨间有与水平面成θ、并垂直于ab的匀强磁场;倾斜导轨间有沿斜面向下的匀强磁场,磁感应强度均为B.倾斜导轨与水平面夹角也为θ,杆cd与倾斜导轨间动摩擦因素为μ.ab杆在水平恒力作用下由静止开始运动,当cd刚要滑动时ab恰达到最大速度.(θ=30、μ=、最大静摩擦力等于滑动摩擦力)求:
(1)此时杆cd中的电流大小;
(2)杆ab的最大速度;
(3)若此过程中流过杆ab的电量为q,则cd产生的焦耳热Q为多大?
(1)cd杆刚要滑动时,所受的静摩擦力达到最大,设最大静摩擦力为f,由平衡条件得:
mgsinθ=f
N+F安cd=mgcosθ
又有f=μN,F安cd=BIl
解得:F安cd=
mg,I=3 6
mg3 6lB
(2)根据闭合电路欧姆定律得知:ab棒产生的感应电动势为 E=I•2R=2IR;
由法拉第电磁感应定律得:E=Blvmsinθ
解得:vm=2
mgR3 3B2l2
(3)由电磁感应中,流过杆ab的电量:q=
=△φ 2R
=Bsinθ•x•l 2R Bxl 4R
对于ab杆,由平衡条件:F=F安absinθ
而两棒所受的安培力大小相等,F安ab=F安ab;
则得:F=F安cdsinθ
由能量守恒:Fx=
m1 2
+Qab+Qcd,v 2m
又 Qab=Qcd,
解得:Qab=Qcd=
=
mgRq3 6Bl m3g2R2 3B4l4
答:(1)此时杆cd中的电流大小为
;
mg3 6lB
(2)杆ab的最大速度为
;2
mgR3 3B2l2
(3)若此过程中流过杆ab的电量为q,则cd产生的焦耳热Q为
.m3g2R2 3B4l4