如图所示,平行金属导轨MN 、PQ放置在水平面上,导轨宽度L=0.5m, 其左端接有R=2Ω的定值电阻, 导轨MN上X>0部分是单位长度电阻ρ=6Ω/m的均匀电阻丝, 其余部分电阻不计,垂直于导轨平面的磁场,其磁感应强度BX随位移X发生变化。质量m=1kg,电阻不计的导体棒垂直于导轨放置,导体棒与两导轨间的动摩擦因数均为μ=0.2,现在施加沿X轴正方向的外力F使导体棒以v=4m/s的速度从坐标原点O开始向右做匀速直线运动,导体棒运动过程中电阻R上消耗的电功率P=8W且恒定。
27.求导体棒运动过程中电阻通过的电流强度I;
28.磁感应强度BX随位移X变化的函数关系式;
29.从O点开始计时,导体棒运动2秒的时间内拉力所做的功。
I=2A
根据P=I2R ①
由①得=2A ②
根据P=I2R 可求电流;
由于安培力的大小随位移X做线性变化,所以2s内安培力做功W安=
BX=6X+2(T)
在位移为X处:
电动势EX=BXLv ③
导轨电阻RX=ρX ④
电路中的电流IX= ⑤
依题意IX=I ⑥
由②③④⑤⑥解得:
⑦
即BX=6X+2(T) ⑧
由欧姆定律和法拉第电磁感应定理结合求解;
由于安培力的大小随位移X做线性变化,所以2s内安培力做功W安=
WF =224J
在位移为X处导体棒所受安培力为:
FX=BXIL ⑨
由⑧⑨得:
FX=6X+2(N) ⑩
t=2s时间内导体棒位移X=vt=8m ⑪
由于安培力的大小随位移X做线性变化:
t=0时 F1=2N
t=2s时 F2=50N
由⑨⑩⑪得:2s内安培力做功
W安==208J ⑫
运动2S的时间内摩擦力做的功:
Wf = f X =16J ⑬
由动能定理WF-W安 -W f =△EK ⑭
由⑫⑬⑭得:
拉力做功WF=W安+
由动能定理求解。
由于安培力的大小随位移X做线性变化,所以2s内安培力做功W安=