问题 问答题

如图所示,MN和PQ是水平光滑的导轨,ab为垂直搁在导轨上的导体棒,它们的电阻都可忽略不计.竖直的匀强磁场穿过导轨平面,导轨的左端与一电路连接,图中R1=5Ω,R2=15Ω,R3为滑动变阻器,伏特表的量程为0~20V,安培表的量程为0~3A.请完成下列问题:

(1)当滑动变阻器阻值调节为30Ω,ab棒向右匀速滑动时,两个电表中有一个满偏,另一个处于正常状态,请问是哪一个电表的指针满偏?另一个电表的示数是多少?

(2)在(1)题的情况下,若ab棒所受向右的水平拉力大小为20N,求ab棒匀速运动的速度大小;

(3)若ab棒在30N的水平拉力作用下匀速运动,为了使两个电表都能正常工作,求滑动变阻器的电阻值的变化范围.

答案

(1)假设电压表满偏,则通过变阻器的电流为I3=

U
R3
=
20
30
A
=
2
3
A
,通过R2的电流为I2=
U
R2
=
4
3
A
,则干路电流I=I2+I3=2A<3A,所以电压表满偏正常,电流表的示数为2A.

(2)ab棒匀速运动时,水平拉力F与安培力大小相等,则有FA=F=BIL,得   BL=

F
I
=10N/A.

感应电动势E=U+IR1=(20+2×5)V=30V,

又E=BLv,则得

    v=

E
BL
=3m/s

(3)当水平拉力为30N时,电路中电流为  I′=

FA
BL
=
30
10
=3A,可见,电流表的示数与R3的取值无关,总是3A.R2与R3并联,R3越大,电压表示数越大,所以当电压表满偏时,R3的取值最大,此时I2=
4
3
A
,则

   通过变阻器的电流为I3′=I′-I2=3A-

4
3
A=
5
3
A

所以变阻器的电阻为

   R3=

U
I3
=12Ω

所以滑动变阻器的电阻值的变化范围为0~12Ω.

答:

(1)当滑动变阻器阻值调节为30Ω,ab棒向右匀速滑动时,两个电表中有一个满偏,另一个处于正常状态,电压表的指针满偏,电流表的示数是2A.

(2)在(1)题的情况下,若ab棒所受向右的水平拉力大小为20N,ab棒匀速运动的速度大小是3m/s;

(3)若ab棒在30N的水平拉力作用下匀速运动,为了使两个电表都能正常工作,滑动变阻器的电阻值的变化范围为0~12Ω.

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