(2014•盐城三模)如图所示,两根电阻忽略不计、互相平行的光滑金属导轨竖直放置,相距L=1m,在水平虚线间有与导轨所在
1个回答

解题思路:(1)b在磁场中匀速运动,其安培力等于重力,根据重力做功情况求出b棒克服安培力分别做的功.

(2)b进入磁场做匀速直线运动,受重力和安培力平衡,根据平衡条件,结合闭合电路欧姆定律和切割产生感应电动势大小公式,求出b做匀速直线运动的速度大小.a、b都在磁场外运动时,速度总是相等,b棒进入磁场后,a棒继续加速运动而进入磁场,根据运动学速度时间公式求解出a进入磁场时的速度大小,由E=BLv求出a棒产生的感应电动势,即可求得a棒刚进入磁场时两端的电势差.

(3)根据牛顿第二定律求出a棒刚进入磁场时的加速度,再根据牛顿第二定律求出保持a棒以进入时的加速度做匀变速运动时外力与时间的关系式.

(1)b棒穿过磁场做匀速运动,安培力等于重力,则有:BI1L=mbg,

克服安培力做功为:W=BI1Ld=mbgd=0.1×10×1=1J

(2)b棒在磁场中匀速运动的速度为v1,重力和安培力平衡,根据平衡条件,结合闭合电路欧姆定律得:

B2L2vb

Ra+Rb=mbg

vb=

mbg(Ra+Rb)

B2L2=

0.1×10×(1+1.5)

0.52×12=10m/s,

b棒在磁场中匀速运动的时间为t1

d=vbt1

t1=[d

vb=

1/10]=0.1s

a、b都在磁场外运动时,速度总是相等的,b棒进入磁场后,a棒继续加速t1时间而进入磁场,a棒进入磁场的速度为va

va=vb+gt1=10+10×0.1=11m/s

电动势为:E=BLva=0.5×1×11=5.5V

a棒两端的电势差即为路端电压为:U=

ERb

Ra+Rb=[5.5×1.5/1+1.5]=3.3V

(3)a棒刚进入磁场时的加速度为a,根据牛顿第二定律得:

mag-BI2L=maa

a=g-

BI2L

ma=g-

B2L2va

ma(Ra+Rb)=10-

0.52×12×11

0.2×(1+1.5)=4.5m/s2

要保持加速度不变,加外力F,根据牛顿第二定律得:

F+mag-BIL=maa

得:F=

B2L2a

Ra+Rbt=

0.52×12×4.5

1+1.5×t=0.45t-1.1

答:(1)b棒穿过磁场区域过程中克服安培力所做的功为1J;

(2)a棒刚进入磁场时两端的电势差为3.3V;

(3)保持a棒以进入时的加速度做匀变速运动,对a棒施加的外力随时间的变化关系为F=0.45t-1.1.

点评:

本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;安培力;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 解决本题的关键明确两棒运动的关系,根据导体棒做匀速直线运动时,重力和安培力平衡,以及匀变速运动时由牛顿第二定律等力学规律进行解答.

相关问题