如圖所示,一個半徑為的圓形金屬導軌固定在水平面上,一根長為r的金屬棒ab的a端位於圓心,b端與導軌接觸良好從a...
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問題詳情:
如圖所示,一個半徑為的圓形金屬導軌固定在水平面上,一根長為r的金屬棒ab的a端位於圓心,b端與導軌接觸良好從a端和圓形金屬導軌分別引出兩條導線與傾角為、間距的平行金屬導軌相連質量、電阻的金屬棒cd垂直導軌放置在平行導軌上,並與導軌接觸良好,且棒cd與兩導軌間的動摩擦因數為導軌間另一支路上有一規格為“”的小燈泡L和一阻值範圍為的滑動變阻器整個裝置置於垂直向上的勻強磁場中,磁感應強度大小為金屬棒ab、圓形金屬導軌、平行導軌及導線的電阻不計,從上往下看金屬棒ab做逆時針轉動,角速度大小為假設最大靜摩擦力等於滑動摩擦力,已知,.
當時,求金屬棒ab中產生的感應電動勢,並指出哪端電勢較高;
在小燈泡正常發光的情況下,求w與滑動變阻器接入電路的阻值間的關係;已知通過小燈泡的電流與金屬棒cd是否滑動無關
在金屬棒cd不發生滑動的情況下,要使小燈泡能正常發光,求w的取值範圍.
【回答】
(1)3.2V,b端電勢較高(2) (3)
【詳解】
由法拉第電磁感應定律得:
由右手定則知,b端電勢較高
由並聯電路的特點可知,當小燈泡正常發光時,有:
代入數據後解得:
由於,所以當棒cd中無電流時,其無法靜止
當較小,棒cd恰要向下滑動時,對其進行受力分析,受力示意圖如圖*所示
x軸有:,y軸有:
且
棒cd所受安培力
通過棒cd的電流
聯立以上五式可得:
當較大,棒cd恰要向上滑動時,對其進行受l力分析,受力示意圖如圖乙所示
同理可得:
所以要使棒cd靜止,
由中結果可知:
因為,即
解得小燈泡正常發光時,.
綜上所述,
【點睛】
本題重點考查了電磁感應定律的切割式、閉合電路的歐姆定律及平衡條件的應用,解答時,要注意臨界狀態的判斷和變阻器調節範圍的結合.
知識點:法拉第電磁感應定律
題型:解答題