如图所示,间距为L、半径为R 0 的内壁光滑的 1 4 圆弧固定轨道,右端通过导线接有阻值为R的电阻,圆弧轨道处于竖直向

1个回答

  • (1)金属棒滑到轨道最低点时,由圆周运动:

    N-mg=m

    v 2

    R 0 …①

    根据题意:

    N=2mg…②

    金属棒切割磁感线产生的感应电动势为:

    E=BLv…③

    金属棒产生的感应电流为:

    I=

    E

    R+r …④

    电阻R两端的电压为:

    U=IR…⑤

    由①②③④⑤解得:

    U=

    BLR

    g R 0

    R+r …⑥

    (2)金属棒从ab处由静止开始下滑,到达底端cd的过程中,通过电阻R的电量为:

    q=

    .

    I t

    由欧姆定律有:

    .

    I =

    .

    E

    R+r

    根据法拉第电场感应定律:

    .

    E =N

    △∅

    △t =

    BL R 0

    t

    由以上三式得:

    q=

    BL R 0

    R+r

    (3)金属棒以恒定的速率v从轨道的底端cd拉回与圆心等高的ab处的过程中,金属棒垂直于磁场方向的速度为:

    v x=vcosα

    金属棒切割产生的电动势为:

    E=BLv x

    感应电动势有效值为:

    E=

    BLv

    2

    电路中的电流有效值为:

    I=

    E

    R+r =

    BLv

    2 (R+r)

    金属棒运动的时间为:

    t=

    1

    4 •2π R 0

    v

    金属棒产生的热量为:

    Q= I 2 Rt= (

    BLv

    2 (R+r) ) 2 •R•

    1

    4 •2π R 0

    v =

    B 2 L 2 vπR R 0

    4(R+r ) 2

    答:(1)金属棒到达底端时,电阻R两端的电压为 U=

    BLR

    g R 0

    R+r ;

    (2)金属棒从ab处由静止开始下滑,到达底端cd的过程中,通过电阻R的电量为 q=

    BL R 0

    R+r ;

    (3)用外力将金属棒以恒定的速率v从轨道的低端cd拉回与圆心等高的ab处的过程中,电阻R产生的热量为 Q=

    B 2 L 2 vπR R 0

    4 (R+r) 2 .