如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨

如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1 m。导轨平面与水平面成q=37°角,下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为0.2 kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直且保持良好接触,它们间的动摩擦因数为0.25。

1.求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;

2.当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8 W,求该速度的大小;

3.在上问中,若R=2 W,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向(g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos 37°=0.8)。

 

答案

 

1.4 m/s2

2.10 m/s

3.0.4 T,磁场方向垂直导轨平面向上

解析:(1)金属棒开始下滑的初速为零,根据牛顿第二定律

mg sin q-mmg cosq=ma,可得:a=10´(0.6-0.25´0.8)m/s2=4 m/s2,

(2)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒沿导轨方向受力平衡

mg sin q-mmg cosq-F=0,将上式代入即得F=ma=0.2´4 N=0.8 N,

此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率P=Fv,所以

v==m/s=10 m/s,

(3)设电路中电流为I,两导轨间金属棒的长为L,磁感应强度为B,

I=,P=I2R,可解得:B==T=0.4 T,磁场方向垂直导轨平面向上

 

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