如图所示,长度L=0.4m,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.

1个回答

  • 解题思路:(1)采用隔离法,分别研究ab棒和框架,由牛顿第二定律和平衡条件列式,联立可解答此题.

    (2)ab向右做切割磁感线运动,产生感应电流,电流流过MN,MN受到向右的安培力,当安培力等于最大静摩擦力时,框架开始运动.根据安培力、欧姆定律和平衡条件等知识,求出此时ab的速度.

    (3)依据能量守恒求出该过程ab位移x的大小,再由电量公式、法拉第电磁感应定律和欧姆定律结合求解电荷量.

    (1)框架开始运动时所受的安培力等于最大静摩擦力,则

    对框架有:F=μ(m1+m2)g

    对ab棒有:F-F=m1a

    联立得:a=

    F−μ(m1+m2)g

    m1=

    1−0.2×(0.1+0.2)×10

    0.1=4m/s2

    (2)ab中的感应电动势E=BLv

    MN中电流 I=[E

    R1+R2

    MN受到的安培力 F=BIL

    又F=μ(m1+m2)g

    联立解得 v=

    μ(m1+m2)g(R1+R2)

    B2L2

    代入数据,解得v=6m/s

    (3)设从ab开始运动到框架开始运动的过程中ab棒的位移为x.

    导体棒ab与MN中感应电流时刻相等,由焦耳定律Q=I2Rt得知,Q∝R

    则闭合回路中产生的总热量:Q=

    R1+R2

    R2Q

    由能量守恒定律,得:Fx=

    1/2]mv2+Q

    代入数据解得x=1.1m

    则该过程通过ab棒的电荷量 q=

    .

    I△t=

    B

    .

    vL△t

    R1+R2=[BLx

    R1+R2=

    0.5×0.4×1.1/0.3+0.1]C=0.55C

    答:

    (1)框架开始运动时导体棒ab的加速度大小是4m/s2

    (2)框架开始运动时导体棒ab的速度大小是6 m/s.

    (3)该过程通过ab棒的电荷量为0.55C.

    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;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 本题是电磁感应中的力学问题,考查电磁感应、焦耳定律、能量守恒定律定律等知识综合应用和分析能力.