(2012•宁德模拟)如图所示,长度均为l、电阻均为R的两导体杆ab、cd,通过两条足够长的不可伸缩的轻质柔软导线连接起

1个回答

  • 解题思路:(1)根据右手定则可确定两导体杆ab、cd产生感应电流方向,从而得出两导体杆切割磁感线产生的感应电动势正好相加,再由闭合电路欧姆定律,可求出回路中的电流大小;(2)将两导体杆ab、cd及导线看成一个整体,从静止开始到速度恰好达到最大,利用动能定理,可算出过程回路电流产生的电热;(3)分别对两导体杆受力分析,运用牛顿第二定律列出方程,从而得出外力与时间的关系式.同时根据导线的拉力为零,可确定运动的最长时间.

    (1)对ab、cd两导体杆由法拉第电磁感应定律可得:Ea=Eb=Blv

    由右手定则判定得ab、cd两导体杆由于切割感应线在闭合回路中产生的感应电流方向相同,

    所以 I=

    2Blv

    2R=

    Blv

    R

    (2)设全程产生的电热为Q,导线对ab导体杆做功Wab,导线对cd导体杆做Wcd

    因Wab+Wcd=0,所以mgh-mghsinθ-μmghcosθ+W=

    1

    2×2m

    v2m

    又Q=-W,则有Q=mgh(1-sinθ-μcosθ)−m

    v2m

    (3)设每根导线对导体杆的拉力为T,保持a从静止开始加速运动所需平行斜面的外力为F,经时间t,则v=at,

    对ab,F+2T-mgsinθ-μmgcosθ−

    B2l2v

    R=ma

    对cd,mg−2T−

    B2l2v

    R=ma

    由上各式解得:

    F=2ma-mg(1-sinθ-μcosθ)+

    2B2l2at

    R

    当软导线拉力为零时,则有mg−

    B2l2atmax

    R=ma

    解得:tmax=

    m(g−a)R

    B2l2a

    若要cd带动ab从静止开始沿斜面向上做匀加速直线运动,则在ab杆上需要施加的平行斜面的外力F与作用时间t应满足

    F=2ma-mg(1-sinθ-μcosθ)+

    2B2l2at

    R

    且t<

    m(g−a)R

    B2l2a,(a<g)

    答:(1)由静止释放,cd将向下运动,并带动ab沿斜面向上运动,当它们速率为v时,回路中的电流大小是[Blv/R];(2)由静止释放,当cd下落h高度时,恰好达到最大速度vm,这一过程回路电流产生的电热为mgh(1-sinθ-μcosθ)−m

    v2m;

    (3)t0=0时刻开始计时,若要cd带动ab从静止开始沿斜面向上做匀加速直线运动,加速度为a(a<g),则在ab杆上需要施加的平行斜面的外力F与作用时间t应满足F=2ma-mg(1-sinθ-μcosθ)+

    2B2l2at

    R

    且t<

    m(g−a)R

    B2l2a,(a<g)

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;动能定理的应用;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 考查右手定则、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律,同时运用动能定理、牛顿第二定律并结合数学知识分析.注意两导体杆产生感应电动势相加的缘由,同时搞清动能定理中各力做功的正负.

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