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如图所示,螺线管横截面积为S,线圈匝数为N,电阻为R1,管内有水平向左的变化磁场。螺线管与足够长的平行金属导轨MN、PQ相连并固定在同一平面内,与水平面的夹角为q,两导轨间距为L。导轨电阻忽略不计。导轨处于垂直斜面向上、磁感应强度为B0的匀强磁场中。金属杆ab垂直导轨,杆与导轨接触良好,并可沿导轨无摩擦滑动。已知金属杆ab的质量为m,电阻为R2,重力加速度为g。忽略螺线管磁场对金属杆ab的影响、忽略空气阻力。

1.为使ab杆保持静止,求通过ab的电流的大小和方向;

2.当ab杆保持静止时,求螺线管内磁场的磁感应强度B的变化率;

3.若螺线管内方向向左的磁场的磁感应强度的变化率DB/Dt=k(k>0)。将金属杆ab由静止释放,杆将沿斜面向下运动。求当杆的速度为v时,杆的加速度大小。

 

答案

 

1.通过ab杆电流方向为由b到a(或在图中标出)

2.

3.

解析:(1)以金属杆ab为研究对象,根据平衡条件  - B0I L=0……(1分)

……(1分)

通过ab杆电流方向为由b到a(或在图中标出)……(1分)

(2)根据法拉第电磁感应定律 ……(1分)

根据欧姆定律   ……(1分)

得           ……(2分)

(3)根据法拉第电磁感应定律……(1分)

ab杆切割磁感线产生的电动势 E2 = B0Lv ……(1分)

总电动势     E= E1 + E2 ……(1分)

感应电流        

根据牛顿第二定律   ……(1分)

 安培力        F = B0 I′L          ……(1分)

所以  ……(2分)

 

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