问题详情:
如图*所示,电阻不计的光滑平行金属导轨相距L=0.5m,上端连接R=0.5Ω的电阻,下端连着电阻不计的金属卡环,导轨与水平面的夹角θ=300,导轨间虚线区域存在方向垂直导轨平面向上的磁场,其上、下边界之间的距离s=1Om,磁感应强度B﹣t图如图乙所示.长为L且质量为m=0.5kg的金属棒ab的电阻不计,垂直导轨放置于距离磁场上边界d=2.5m处,在t=O时刻由静止释放,棒与导轨始终接触良好,滑至导轨底端被环卡住不动.g取10m/s2,求:
(1)棒运动到磁场上边界的时间;
(2)棒进人磁场时受到的安培力;
(3)在0﹣5s时间内电路中产生的焦耳热.
【回答】
(1)棒从静止释放到刚进磁场的过程中做匀加速运动,由牛顿第二定律得:
mgsinθ=ma
得:a=gsinθ=5m/s2
由运动学公式:d= 得:t==1s
(2)棒刚进磁场时的速度v=at=5m/s
由法拉第电磁感应定律:E=BLv
而 I=、F安=BIL
得:安培力F安==2.5N
(3)因为F安=mgsinθ=2.5N,所以金属棒进入磁场后做匀速直线运动,运动至导轨底端的时间为:t1==2s
由图可知,棒被卡住1s后磁场才开始均匀变化,且=1T/s
由法拉第电磁感应定律:E1==•Ls=5V
所以在0﹣5s时间内电路中产生的焦耳热为:Q=Q1+Q2
而Q1==25J,Q2==50J
所以Q=75J
答:(1)棒运动到磁场上边界的时间是1s;
(2)棒进人磁场时受到的安培力是2.5N;
(3)在0﹣5s时间内电路中产生的焦耳热是75J.
知识点:专题八 电磁感应
题型:综合题