(2012•重庆模拟)如图所示,导体杆ab的质量为m,电阻为R,放置在与水平面成θ的倾斜导轨上,导轨间距为L,电阻不计,

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  • 解题思路:(1)开关S闭合,导体杆ab静止在斜面上,由平衡条件和安培力公式结合解答.

    (2)当导体棒沿斜面向下以速度v运动时受力平衡,根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律得到安培力与速度的关系式,再由平衡条件求解速度,即可求解.

    (3)对导体棒ab进行受力分析,明确电流最大时,最大静摩擦力方向应沿导轨向下然后根据平衡条件列式即可求解;明确电流最小时,最大静摩擦力方向应沿导轨向上;根据闭合电路欧姆定律求解.

    (1)电流方向由b到a;

    对ab棒受力分析,由平衡条件有:F=mgsinθ

    F=BIL

    I=

    E

    R+r

    联立三式解得:E=

    mg(R+r)sinθ

    BL

    (2)当导体棒沿斜面向下以速度v运动时,ab棒中产生由b到a的感应电动势E=BvL

    通过ab棒中的总电流I总=

    E+E总

    R+r

    ab棒所受安培力大小F′=BIL

    ab棒所受安培力功率的大小P=F′v

    联解得P安=

    B2v2L2

    R+r+mgvsinθ

    (3)当导轨间动摩擦因数为μ,满足题意有:

    mgsinθ-f≤F≤mgsinθ+f

    又f=μN,

    N=mgcosθ

    F=BIL

    I=

    E

    R+r

    联立上面5个式子解得:

    mg(R+r)(sinθ−μcosθ)

    BL≤E≤

    mg(R+r)(sinθ+μcosθ)

    BL

    答:

    (1)若导轨光滑,开关S闭合,导体杆ab静止在斜面上,则此时导体杆ab中电流方向由b到a,直流电源电动势E为

    mg(R+r)sinθ

    BL.

    (2)安培力的功率是

    B2v2L2

    R+r+mgvsinθ.

    (3)若杆与导轨间动摩擦因数为μ,且S断开时导体杆加速下滑,则S闭合后,要保证杆静止在导轨上,则直流电源电动势的取值范围是:

    mg(R+r)(sinθ−μcosθ)

    BL≤E≤

    mg(R+r)(sinθ+μcosθ)

    BL.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率;安培力.

    考点点评: 遇到有关导轨问题,关键是画出侧视图,然后对导体棒进行正确进行受力分析,然后运用平衡条件或牛顿第二定律求解即可.

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