Question

如圖所示,足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN､PQ平行放置,間距為L,與水平面成θ角,導(dǎo)軌與固定電阻R₁和R₂相連,且R₁=R₂=R.R₁支路串聯(lián)開關(guān)S,原來S閉合,勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面斜向上.有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,接觸面粗糙且始終接觸良好,導(dǎo)體棒的有效電阻也為R.現(xiàn)讓導(dǎo)體棒從靜止釋放沿導(dǎo)軌下滑,當(dāng)導(dǎo)體棒運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時速率為v,此時整個電路消耗的電功率為重力功率的3/4.重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計.試求:

(1)在上述穩(wěn)定狀態(tài)時,導(dǎo)體棒中的電流I,以及磁感應(yīng)強度B的大小;

(2)當(dāng)斷開開關(guān)S后,導(dǎo)體棒ab所能達到的最大速率v′是v的多少倍?

 

Answer 1

【答案】

(1)          

【解析】(1)當(dāng)導(dǎo)體棒以速率v勻速下降時,電路中的總電阻R_總=     ①

感應(yīng)電動勢  E=BLv                                               ②

導(dǎo)體棒中的電流I=                                            ③

總電功率  P_電=I²R_總                                                                                  ④

重力功率  P_重=mgv·sinθ                                         ⑤

根據(jù)題意有  P_電=P_重                                                                             ⑥

由①②③④⑤⑥解得:                              ⑦

                                             ⑧

(2)由S斷開前的情況可知:

·sinθ=μmgv·cosθ                                      ⑨

S斷開后,當(dāng)導(dǎo)體棒以速度v′勻速下滑時

總電阻  R′_總=2R                                                 ⑩

導(dǎo)體棒中的電流  I′=?                                     (11)?

由導(dǎo)體棒受力平衡有  mgsinθ=μmgcosθ+BI′L?                   (12)?

由⑧⑨⑩(11)(12)求得: