(10分)两根平行金属导轨固定倾斜放置,与水平面夹角为37°,相距d=0.5m,a、b间接一个电阻为R=1.5Ω.在导轨上c、d两点处放一根质量m=0.05kg的金属棒,bc长L=1m,金属棒与导

◎ 题目

(10分)两根平行金属导轨固定倾斜放置,与水平面夹角为37°,相距d=0.5 m,a、b间接一个电阻为R=1.5 Ω.在导轨上c、d两点处放一根质量m=0.05 kg的金属棒,bc长L=1 m,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5.金属棒与导轨接触点间电阻r=0.5 Ω, 金属棒被两个垂直于导轨的木桩顶住而不会下滑,如图甲所示.在金属导轨区域加一个垂直导轨斜向下的匀强磁场,磁场随时间的变化关系如图乙所示.重力加速度g=10 m/s2.(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).求:

(1)0~1.0 s内回路中产生的感应电动势大小;
(2)t=0时刻,金属棒所受的安培力大小;
(3)在磁场变化的全过程中,若金属棒始终没有离开木桩而上升,则图乙中t0的最大值;
(4)通过计算在图中画出0~t0max内金属棒受到的静摩擦力随时间的变化图象.

◎ 答案

(1) 0.4 V  (2) 0.02 N (3) t0max=6 s (4)如图所示

◎ 解析


试题分析:(1)读题图可知: T/s=0.8 T/s
εLd=0.8×1×0.5 V=0.4 V
(2)IA=0.2 A
F0=B0Id=0.2×0.2×0.5 N=0.02 N
(3)此时金属棒对木桩的压力为零,最大静摩擦力沿斜面向下,此时沿倾斜导轨方向上合外力为零
F=B(t)Id=(0.2+0.8t0max)×0.2×0.5 N=(0.02+0.08t0max)N
N=mgcos 37°=0.05×10×0.8 N=0.4 N
f=μN=0.5×0.4 N=0.2 N,即最大静摩擦力.
F=mgsin 37°+f
代入相关数据后,得:t0max=6s
(4)一开始,木桩对金属棒有支持力,金属棒对导轨无相对运动趋势:f=0.2随着安培力F的增大,木桩对金属棒的弹力减小,直至弹力为零.
满足:F=B(t)Id=mgsin 37°
代入数据:(0.2+0.8t)×0.2×0.5=0.05×10×0.6
得:t=3.5 s.
F继续增大,f从零开始增大,
F=B(t)Id=(0.2+0.8t)×0.2×0.5=mgsin 37°+f
所以f随t线性增大至f=0.2 N(此时t0max=6 s)

◎ 知识点

    专家分析,试题“(10分)两根平行金属导轨固定倾斜放置,与水平面夹角为37°,相距d=0.5m,a、b间接一个电阻为R=1.5Ω.在导轨上c、d两点处放一根质量m=0.05kg的金属棒,bc长L=1m,金属棒与导…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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