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如图所示,“×”型光滑金属导轨abcd固定在绝缘水平面上,ab和cd足够长,∠a...

如图所示,“×”型光滑金属导轨abcd固定在绝缘水平面上,ab和cd足够长,∠aOc=60°.虚线MN与∠bOd的平分线垂直,O点到MN的距离为L.MN左侧是磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场.一轻弹簧右端固定,其轴线与∠bOd的平分线重合,自然伸长时左端恰在O点.一质量为m的导体棒ef平行于MN置于导轨上,导体棒与导轨接触良好.某时刻使导体棒从MN的右侧manfen5.com 满分网处由静止开始释放,导体在被压缩弹簧的作用下向左运动,当导体棒运动到O点时弹簧与导体棒分离.导体棒由MN运动到O点的过程中做匀速直线运动.导体棒始终与MN平行.已知导体棒与弹簧彼此绝缘,导体棒和导轨单位长度的电阻均为r,弹簧被压缩后所获得的弹性势能可用公式manfen5.com 满分网计算,k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量.
(1)证明:导体棒在磁场中做匀速直线运动的过程中,感应电流的大小保持不变;
(2)求弹簧的劲度系数k和导体棒在磁场中做匀速直线运动时速度v的大小;
(3)求导体棒最终静止时的位置距O点的距离.

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(1)导体棒在磁场中做匀速直线运动,根据E=BLv求出感应电动势,根据闭合电路欧姆定律求出感应电流,判断感应电流是否为一定值. (2)释放导体棒后在未进入磁场的过程中,导体棒和弹簧组成的系统机械能守恒,得出匀速运动的速度大小,从而得知感应电流的大小,根据牛顿第二定律2BIxtan30°-kx=0得出劲度系数k. (3)导体棒过O点后与弹簧脱离,在停止运动前做变减速运动.根据牛顿第二定律BIl=ma,根据微分思想求出导体棒最终静止时的位置距O点的距离. 【解析】 (1)设导体棒在磁场中做匀速直线运动时的速度为v,某时刻导体棒在回路中的长度为l,则此时感应电动势E=Blv 此时回路的电阻R=3lr 回路中的感应电流① 因为B、v和r均为不变量,所以感应电流I为不变量. (2)释放导体棒后在未进入磁场的过程中,导体棒和弹簧组成的系统机械能守恒,则有② 导体棒在磁场中做匀速直线运动的过程中,设某时刻导体棒距O的距离为x, 根据牛顿第二定律有2BIxtan30°-kx=0③ 由①②③解得④⑤ (3)导体棒过O点后与弹簧脱离,在停止运动前做减速运动.设某时刻导体棒距O点的距离为x,导体棒在回路中的长度为l,加速度为a,速度为v,回路中的电流强度为I,根据牛顿第二定律有BIl=ma 又因为   所以    ⑥ 取一段很短的时间△t,导体棒在回路中的长度为l、加速度为a和速度为v,l、a和v可认为不变. 设在这段时间内导体棒速度的变化量大小为△v,回路所围面积的变化量为△S.将⑥式左右两边同时乘以△t,可得 则导体棒从O点开始运动到静止的过程可表示为 即      所以    设导体棒最终静止的位置距O点的距离为x,则⑦ 由⑤⑦式可解得
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考点分析:
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B.恒力F的大小为0.5N
C.线框完全离开磁场的瞬间位置3速度为2m/s
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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