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如图甲所示,平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1m,上端接有定值电阻R1=3Ω,下端接有电阻R2=6Ω,虚线OOˊ下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量m=0.1kg、电阻不计的金属杆MNOOˊ上方某处垂直导轨放置后由静止释放,杆下落0.2m过程中加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示(金属杆运动过程中始终与导轨保持良好接触)。求:

(1)磁感应强度B

(2)杆下落0.2m过程中通过电阻R2的电荷量q

答案

(1)B=2T;(2)q=0.05C。


解析:

(1)由图象知,杆自由下落距离是0.05m,当地重力加速度g=10m/s2,则杆进入磁场时的速度v==1m/s

由图象知,杆进入磁场时加速度a=-g=-10 m/s2,由牛顿第二定律得

mgFma

回路中的电动势EBLv

杆中的电流I

R

FBIL=

B=2T

(2)杆在磁场中运动产生的平均感应电动势

杆中的平均电流

通过杆的电荷量

Q

q=Q=0.05C

本题意在以金属导体在磁场中做切割磁感线运动为背景,考查电磁感应、恒定电流、力学规律等知识的综合应用,同时考查从物理图象中获取信息的能力,需要考生把金属杆下落0.2m过程中加速度ah的关系图象所反映的物理过程清晰的展现出来。

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