如图所示,两条平行的金属导轨MP、NQ间距L=0.5m,导轨平面与水平面夹角为α,设导轨足够长.导轨处在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度B=2.0T,与导轨上端相连的电池的电动势E=4.5V
如图所示,两条平行的金属导轨MP、NQ间距L=0.5m,导轨平面与水平面夹角为α,设导轨足够长.导轨处在与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度B=2.0T,与导轨上端相连的电池的电动势E=4.5V,内阻r=0.4Ω,水平放置的导体棒ab的电阻R0=1.5Ω,两端始终与导轨接触良好,且能沿导轨无摩擦滑动,与导轨下端相连的电阻R1=1.0Ω,与单刀双掷开关触点“2”相连的电阻R2=1.0Ω,电路中其它电阻不计.当S与触点“1”接通时,导体棒刚好保持静止状态.求:
(1)匀强磁场的方向;
(2)S与触点“1”接通时,导体棒的发热功率;
(3)当开关S与触点“2”接通后,导体棒的最大速度.
(1)当S与触点“1”接通时,导体棒刚好保持静止状态,安培力与重力沿斜面向下的分力平衡,则安培力方向沿斜面向上,根据左手定则,磁场的方向是垂直斜面向下
(2)当S与“1”接通时
I总=
=E R总
=E r+
R0R1
R0+R1
A=4.5A4.5 0.4+0.6
导体棒上的电流 I0=
I总=R1
R0+R1
×4.5A=1.8A1 1.5+1
导体棒的发热功率 p=I02R0=1.82×1.5W=4.86W
(3)S与“1”接通时,导体棒平衡BI0L-mgsinα=0
S与“2”接通后,导体棒加速下滑,达到最大速度时应满足 BI′L-mgsinα=0
比较两种情况,得知流过导体棒的电流为 I′=I0=1.8A
I/=
=ε
R
/总
BLvm
R/总
得导体棒的最大速度为
vm=
=
I/R/总
BL
I/(
+R0)
R1R2
R1+R2
BL
代入数据,求得 vm=3.6m/s
答:
(1)匀强磁场的方向垂直斜面向下;
(2)S与触点“1”接通时,导体棒的发热功率是4.86W;
(3)当开关S与触点“2”接通后,导体棒的最大速度是3.6m/s.