计算题20.0分
物理

24.如图所示,顶角θ=45o的光滑金属导轨 MON固定在水平面内,导轨处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中。一根与ON垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿导轨MON向右滑动,导体棒的质量为m,导轨与导体棒单位长度的电阻均匀为r,导体棒与导轨接触点为a和b,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触且没有脱离导轨。当t=0时,导体棒位于坐标原点o处。

求:

(1)在t时刻,流过导体棒的电流强度I和电流方向;

(2)导体棒作匀速直线运动时水平外力F的表达式;

(3)导体棒在0~t时间内产生的焦年热Q;

(4)若在t0时刻将外力F撤去,导体棒最终在导轨上静止时的坐标x.

考察知识点

  • 法拉第电磁感应定律
  • 电磁感应中的能量转化

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正确答案及相关解析

正确答案

解析:(1)从0到t时间内,导体棒的位移  x=v0t

在t时刻,导体棒的长度  l=x

导体棒的电动势  E=Blv0

回路总电阻

电流强度

电流方向b→a

(2)由于导体棒做匀速运动,则  

(3)在t时刻导体棒的电阻    即 

由于电流I恒定,因此

(4)撤去外力后,设任意时刻t导体棒的坐标为x,速度为v,取极短时间△t

在t~t+△t时间内,由动量定理得 

在t0~t时间内     并且 

     其中 

导体棒静止时的坐标为 

解析

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知识点

法拉第电磁感应定律 电磁感应中的能量转化