如图所示,在与水平面成θ=30º的平面内放置两条平行、光滑且足够
如图所示,在与水平面成θ=30º的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计。空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20T,方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg,回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50m.现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之以速度v匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上.g取10m/s2,求:
(1)导体棒cd受到的安培力大小;
(2)导体棒ab运动的速度大小;
(3)如果导体棒ab的速度突然变为原来的2倍,且保持匀速上滑,问①cd棒最开始加速度a为多大?②cd棒最终速度大小为多少?
解:(1)cd棒受力如图所示
由题意得
……………… (1)
(2)设棒ab运动的速度为V,由
F=ILB ....................... (2)
又设回路电流为I,则有
……………… (3)
Cd棒静止于图中,则有
即
………… (4)
把(1)(3)代入(4)得
……………… (5)
(3)①当ab棒速度突然变为2倍时,cd棒还没有动,其Vcd=0,由牛顿第二定律得:
a=5.0m/s2 ……………… (6)
②设cd棒最后速度为Vcd,由题意知回路电流I/
…………………… (7)
又由牛顿第二定理得
……………………(8)
当a=0时 Vca取max值
Vcd=v=1.0m/s …………………… (9)