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安=mgsinθ
F安=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感=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′安=BI总L
ab棒所受安培力功率的大小P安=F′安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安≤mgsinθ+f
又f=μN,
N=mgcosθ
F安=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.