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如图甲,相距为L的光滑平行金属导轨水平放置,导轨一部分处在垂直导轨平面的匀强磁场中,oo/为磁场边界,磁感应强度为B,导轨右侧接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计。在距oo/L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab

(1)若ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动,其速度-位移的关系图象如图乙所示,则在此过程中电阻R上产生的电热Q1是多少?ab杆在离开磁场前瞬间的加速度为多少?

(2)若a b杆固定在导轨上的初始位置,磁场按Bt=Bcosωt 规律由B减小到零,在此过程中电阻R上产生的电热为Q2,求ω的大小。

答案

(1);(2)


解析:

(1)ab杆在磁场中移动L的过程中,恒力F做的功等于ab杆增加的动能和回路产生的电能: (2分)   

ab杆在位移L到3L的过程中,由动能定理: (3分)

解得:            (2分)

ab杆在离开磁场前瞬间,水平方向上受安培力F和外力F作用,加速度a

         (2分)      (1分)

       解得:(2分)

(2)当磁场按规律变化时,闭合回路的磁通量Φ的变化规律为

   (2分)

     该过程中穿过线圈的磁通量,与线圈在磁场中以角速度ω匀速转动规律相同,因此回路中产生交流电。

   其电动势最大值:          (2分)

     磁场减小到零,相当于线圈转过90°,经历四分之一周期,过程中产生的电热:

     (2分)   又T  解得:(2分)

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