(2009•广州三模)如图所示,间距为L,电阻不计的两根平行金属导轨MN、PQ(足够长)被固定在同一水平面内,质量均为m

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  • 解题思路:(1)由法拉第定律、欧姆定律回路中感应电流I,a棒产生的电动势:Ea=BLv1,a棒两端电压为U=Ea-IR. (2)由F=BIL求出棒a所受的安培力大小,根据牛顿第二定律分别研究棒a和C物体,可求解加速度.(3)单位时间内,通过a棒克服安培力做功,把C物体的一部分重力势能转化为闭合回路的电能,而闭合回路电能的一部分以焦耳热的形式消耗掉,另一部分则转化为b棒的动能.根据能量守恒求解闭合回路消耗的总电功率.

    (1)根据法拉第电磁感应定律,t时刻回路的感应电动势 E=

    △φ

    △t=BL(v1−v2) ①

    回路中感应电流:I=

    E

    2R=

    BL(v1−v2)

    2R ②

    a棒产生的电动势:Ea=BLv1

    a棒两端电压:U=Ea-IR ④

    联立②③④解得:U=

    BL(v1+v2)

    2

    (2)对a有,T-BIL=ma ⑤

    对C有,Mg-T=Ma ⑥

    联立②⑤⑥以上各式解得:a=

    2MgR−B2L2(v1−v2)

    2R(M+m)

    (3)解法一:单位时间内,通过a棒克服安培力做功,把C物体的一部分重力势能转化为闭合回路的电能,而闭合回路电能的一部分以焦耳热的形式消耗掉,另一部分则转化为b棒的动能,所以,t时刻闭合回路的电功率等于a棒克服安培力做功的功率,即 P=BILv1

    联立②⑦解得:P=

    B2L2(v1−v2)v1

    2R

    解法二:a棒可等效为发电机,b棒等效为电动机,则

    A棒的感应电动势为:Ea=BLv1

    闭合回路消耗的总电功率为:P=IEa…⑨

    联立②⑧⑨解得:P=BILv1=

    B2L2(v1−v2)v1

    2R

    解法三:闭合回路消耗的热功率为:P=I2•2R=

    B2L2(v1−v2)2

    2R…⑩

    B棒的机械功率为:P机=BILv2=

    B2L2(v1−v2)v2

    2R…(11)

    故闭合回路消耗的总电功率为:P=P热+P机=

    B2L2(v1−v2)v1

    2R

    答:

    (1)t时刻a棒两端的电压是

    BL(v1−v2)

    2.

    (2)t时刻C的加速度值是

    2MgR−B2L2(v1−v2)

    2R(M+m).

    (3)t时刻a、b与导轨所组成的闭合回路消耗的总电功率是

    B2L2(v1−v2)v1

    2R.

    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: 本题综合考查了法拉第电磁感应定律以及电磁感应中的能量守恒.关键理清导体棒的运动情况,选择合适的定律进行求解.

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