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如图(甲)所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间连接一个阻...

如图(甲)所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻,一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒垂直搁在导轨上a、b两点间,在a点右侧导轨间加一有界匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面,宽度为d,磁感应强度为B,设磁场左边界到ab距离为d.现用一个水平向右的力F拉导体棒,使它从a、b处静止开始运动,棒离开磁场前已做匀速直线运动,与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,水平力F-x的变化情况如图(乙)所示,F已知.求:
(1)棒ab离开磁场右边界时的速度;
(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能E;
(3)d满足什么条件时,棒ab进入磁场后一直做匀速运动;
(4)若改变d的数值,定性画出棒ab从静止运动到d+d的过程中v2-x的可能图线(棒离开磁场前已做匀速直线运动).
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(1)根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律及共点力平衡条件,可解出离开磁场右边界时的速度; (2)对整个过程,根据动能定理确定安培力做功值,再由功能关系,即可求解; (3)棒进入磁场前,由动能定理可得出表达式,从而求出进入磁场后一直做匀速运动时的距离; 【解析】 (1)设离开右边界时棒ab速度为v, 则有,感应电动势,E=BLv 闭合电路欧姆定律,         对棒有  2F-BIL=0    解得:        (2)在ab棒运动的整个过程中,根据动能定理:        由功能关系:E电=W安     解得:E电=              (3)设棒刚进入磁场时的速度为v, 则有        当v=v,即时,进入磁场后一直匀速运动       (4)可能的图象如下图所示   答:(1)棒ab离开磁场右边界时的速度为; (2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能为; (3)当条件时,棒ab进入磁场后一直做匀速运动;
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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