如圖*所示,水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導軌平行固定放置,間距d=0.5m,導軌左端通過導線與阻值為2Ω的電...
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問題詳情:
如圖*所示,水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導軌平行固定放置,間距d=0.5m,導軌左端通過導線與阻值為2Ω的電阻R連接,右端通過導線與阻值為4Ω的小燈泡L連接.在矩形區域CDFE內有豎直向上的勻強磁場,CE長為2m,CDFE區域內磁場的磁感應強度B隨時間變化的關係如圖乙所示,在t=0時,一阻值為2Ω的金屬棒在水平恆力F作用下由靜止開始從AB位置沿導軌向右運動,在金屬棒從AB位置運動到EF位置的過程中,小燈泡的亮度沒有發生變化,求:
(1)通過小燈泡的電流大小
(2)恆力F的大小
(3)4s末金屬棒的速度大小
(4)金屬棒的質量.
【回答】
解:(1)金屬棒未進入磁場時,
R總=RL+=4Ω+=5Ω,
由法拉第電磁感應定律可得:
E1===0.5×2×=0.5V,
通過小燈泡的電流:IL===0.1A;
(2)因燈泡亮度不變,故4s末金屬棒恰好進入磁場且做勻速運動,
金屬棒中的電流為:I=IL+IR=IL+=0.1+0.1×=0.3A,
金屬棒勻速運動,處於平衡狀態,由平衡條件得:
恆力F=FB=BId=2×0.3×0.5=0.3N,
(3)4s後迴路中的感應電動勢為:
E2=I(R+)=0.3×(2+)=1V,
因為E=BLv,則4s末金屬棒的速度:
v===1m/s;
(4)由運動學公式v=v0+at可知,
前4s金屬棒的加速度為:
a===0.25m/s2,
故金屬棒的質量:m===1.2kg;
答:(1)通過小燈泡的電流大小為0.1A;(2)恆力F的大小0.3N;(3)4s末金屬棒的速度大小為1m/s.(4)金屬棒的質量為1.2kg.
知識點:法拉第電磁感應定律
題型:計算題