Question

【題目】如圖所示，足夠長的兩根光滑固定導(dǎo)軌相距L =0.50 m 豎直放置，導(dǎo)軌電阻不計，下端連接阻值為R= 1.0的電阻，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強度為B=1.0T的勻強磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向里，兩根質(zhì)量均為m=0.30kg、電阻均為r=0.50的水平金屬棒ab和cd都與導(dǎo)軌接觸良好。金屬棒ab用一根細線懸掛，現(xiàn)閉合開關(guān)S，讓ab棒從靜止開始下落，cd下落過程中，懸掛的細線恰好能夠被拉斷。不計空氣阻力，g取10 m/s2,求：

(1)細線能承受的最大拉力Fm；

(2)細線即將被拉斷時，整個電路消耗的總電功車P1；

(3)若細線被拉斷時立即斷開開關(guān)S，再經(jīng)t=0.50 s時，cd棒的加速度為剛斷開開關(guān)時加速度的4倍，求此時cd棒克服安培力做功的功率P2。

Answer 1

【答案】（1）5.0N；（2）30W（3）12W

【解析】（1）細線未拉斷之前，當cd棒達到最大速度時，BIcdL=mg

解得：Fm=5.0N

（2）

（3）細線拉斷時

由E=BLv0解得細線剛拉斷時，cd棒的速度v0=10m/s；細線剛拉斷時，開關(guān)斷開，兩棒的電流為

cd棒的加速度

細線拉斷后經(jīng)t=0.50s時，cd棒的加速度為

由已知a2=4a1，解得I2=2A，此時感應(yīng)電動勢

設(shè)此時兩棒的速度分別為vab和vcd，有

細線拉斷后t=0.5s內(nèi)，兩棒所受安培力的沖量大小相等，設(shè)為I安，由動量定理：

解得vcd=12m/s

cd棒克服安培力做功的功率：P2=BI2Lvcd=12W