问题 问答题

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?

答案

(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=

3
6
mg,I=
3
mg
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
3
mgR
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=

1
2
m
v2m
+Qab+Qcd

又 Qab=Qcd

解得:Qab=Qcd=

3
mgRq
6Bl
=
m3g2R2
3B4l4

答:(1)此时杆cd中的电流大小为

3
mg
6lB

(2)杆ab的最大速度为

2
3
mgR
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

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