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如图甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5m,电阻不计,左...

如图甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,间距d=0.5m,电阻不计,左端通过导线与阻值R=2Ω的电阻连接,右端通过导线与阻值RL=4Ω的小灯泡L连接.在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,CE长l=2m,有一阻值r=2Ω的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处.CDEF区域内磁场的磁感应强度B随时间变化如图乙所示.在t=0至t=4s内,金属棒PQ保持静止,在t=4s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动.已知从t=0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中,小灯泡的亮度没有发生变化,求:
(1)通过小灯泡的电流.
(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小.
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(1)金属棒未进入磁场时,由法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小,由电路的性质可得出电阻,则可求得通过灯泡的电流; (2)金属棒PQ进入磁场区域并保持匀速运动,由灯泡中的电流可求得电路中的总电流,根据电路的连接关系求出电路的总电阻,由闭合电路欧姆定律可求得电路中的电动势,由E=BLv可求得导体棒的速度. 【解析】 (1)在t=0至t=4s内,金属棒PQ保持静止,磁场变化导致电路中产生感应电动势. 电路为r与R并联,再与RL串联,电路的总电阻    R总=RL+=5Ω     ① 此时感应电动势为E1===0.5×2×0.5V=0.5V      ② 通过小灯泡的电流为:I1==0.1A        ③ (2)当棒在磁场区域中运动时,由导体棒切割磁感线产生电动势,电路为R与RL并联,再与r串联,此时电路的总电阻    R总′=r+=2Ω+Ω=Ω       ④ 由于灯泡中电流不变,所以灯泡的电流IL=0.1A,则流过棒的电流为 由并联电路的规律可得: I=IL+IR=IL+=0.3 A,⑤ 棒产生的感应电动势为 E2=Bdv         ⑥ 解得棒PQ在磁场区域中运动的速度大小  v=1m/s            ⑦ 答: (1)通过小灯泡的电流是0.1A. (2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小是1m/s.
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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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