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如图所示,矩形导线框abcd固定在水平面上,ab=L、bc=2L,整个线框处于竖...

如图所示,矩形导线框abcd固定在水平面上,ab=L、bc=2L,整个线框处于竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中.导线框上ab、cd段电阻不计,bc、ad段单位长度上的电阻为λ.今在导线框上放置一个与ab边平行且与导线框接触良好的金属棒MN,其电阻为r(r<λL).金属棒在外力作用下沿x轴正方向做速度为v的匀速运动,在金属棒从导线框最左端(x=0)运动到最右端的过中:
(1)请导出金属棒中的感应电流I随x变化的函数关式;
(2)通过分析说明金属棒在运动过程中,MN两点间电压  有最大值,并求出最大值Um
(3)金属棒运动过程中,在什么位置MN的输出功率最大?并求出最大输出功率Pm

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(1)金属棒在外力作用下沿x轴正方向匀速运动的过程中,产生的感应电动势为E=BLv.根据串、并联关系求出外电路总电阻与x的关系,由闭合电路欧姆定律得到感应电流I与x的函数关系式. (2)当外电路总电阻最大时,MN间的电压最大,此时MN运动到bc、ad两边的中线,求出感应电流,由欧姆定律求得M、N间电压最大值Um. (3)当外电路电阻等于电源的内阻时,MN输出功率最大,由功率公式求出最大输出功率Pm. 【解析】 (1)当金属棒运动到x处时,外电路总电阻为R==  ①   MN产生的感应电动势为E=BLv  ② 则金属棒中的感应电流I=  ③ 由①②③整理得    (2)当MN运动到bc、ad两边的中线时,外电路总电阻最大,MN两点间电压 有最大值. 此时x=L,电流I= 最大值Um=E-IλL= (3)当R=rL时,MN的输出功率最大, 即有  =L 解得  最大输出功率Pm== 答: (1)金属棒中的感应电流I随x变化的函数关式是; (2)MN两点间电压有最大值,最大值Um为. (3)金属棒运动过程中,在位置MN的输出功率最大,最大输出功率Pm为.
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考点分析:
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(3)用你设计的电路测量出的电压表内阻将______真实值(填等于、小于或大于);
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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