问题 问答题

如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上固定一光滑金属导轨CDEFG,图中OHCDFG,∠DEF=60°,CD=DE=EF=FG=OE=L;一根质量为m、长度为2L的导体棒AB在电机牵引下,以恒定速度v0沿OH方向从斜面底端滑上导轨并到达斜面顶端,O是AB棒的中点,AB⊥OH.金属导轨的CD、FG段电阻不计,DEF段与AB棒材料与横截面积均相同,单位长度的电阻均为r,整个斜面处在垂直斜面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中.求:

(1)导体棒在导轨DEF上滑动时电路中电流的大小;

(2)导体棒运动到DF位置时AB两端的电压;

(3)将导体棒从底端拉到斜面顶端过程电机对杆做的功.

答案

(1)设AB棒等效切割长度为l,则

        感应电动势为E=Blv0                                                 

        回路电阻为R=3lr

       回路电流为I=

E
R
=
Bv0
3r
                                                  

    (2)AB棒滑到DF处时

      AB两端的电压UBA=UDA+UFD+UBF

         UDA+UBF=BLv0

         而UDF=

2lr
3lr
BLv0=
2
3
BLv0
                                                        

       得UBA=UDA+UFD+UBF=

5
3
BLv0

    (3)导体棒重力势能的增加量△EP=mg(2L+Lcos30°)sin30°=

4+
3
4
mgL                              

     AB棒在DEF上滑动时产生的电热Q1,数值上等于克服安培力做的功Q1=W   

        又因为F安∝S,如图,故 Q1=W=

0+F安max
2
?
3
2
L=
3
B2L2v0
12r

    AB棒在CDFG导轨上滑动时产生的电热Q2,电流恒定,电阻不变

        则Q2=I2Rt=(

Bv0
3r
2?3Lr?
L
v0
=
B2L2v0
3r

 得,电机做的功W=△EP+Q1+Q2=

4+
3
4
(mgL+
B2L2v0
3r
)   

答:(1)导体棒在导轨DEF上滑动时电路中电流的大小为流为

Bv0
3r
;  

     (2)导体棒运动到DF位置时AB两端的电压为

5
3
BLv0

     (3)将导体棒从底端拉到斜面顶端过程电机对杆做的功是

4+
3
4
(mgL+
B2L2v0
3r
).

单项选择题
多项选择题