如图所示,一矩形金属框架与水平面成θ=37°角,宽L=0.4m,上、下两端各有一个电阻R0=2Ω,框架其它部分的电阻不计,框架足够长,垂直于金属框平面的方向有一向上的匀强磁场,磁感应强度
如图所示,一矩形金属框架与水平面成θ=37°角,宽L=0.4m,上、下两端各有一个电阻R0=2Ω,框架其它部分的电阻不计,框架足够长,垂直于金属框平面的方向有一向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T.ab为金属杆,与框架良好接触,其质量m=0.1kg、电阻r=1.0Ω,杆与框架的动摩擦因数μ=0.5.杆ab由静止开始下滑,在速度达到最大的过程中,框架上端电阻R0中产生的热量Q0=0.5J.(sin37°=0.6,cos37°=0.8),取g=10m/s2.求:
(1)流过R0的最大电流
(2)从开始到速度达到最大的过程中,ab杆沿斜面下滑的距离
(3)在1s时间内通过杆ab横截面的最大电量.
(1)当导体棒做匀速运动时,速度最大,感应电流最大,则有
BImL+μmgcosθ=mgsinθ
得,通过ab棒的最大电流为 Im=
=(sinθ−μcosθ)mg BL
A=0.5A(0.6−0.5×0.8) 1.0×0.4
流过R0的最大电流为I0=
Im=0.25A 1 2
(2)据题意,Q0=0.5 J,由Q=I2Rt得知电路中产生的总热量为 Q总=4Qo=2 J
感应电动势为 ε=IR总=0.5×2V=1.0V
此时杆的速度为 vm=
=ε BL
m/s=2.5m/s1.0 1.0×0.4
由动能定理得 mgSsinθ−μmgScosθ−Q总=
m1 2
−o
v
2m
求得杆下滑的路程S=
=m
+2Q总
v
2m
2mg(sinθ−μcosθ)
m=11.56m0.1×2.52+2×2 2×0.1×10(0.6−0.5×0.8)
(3)通过ab杆的最大电量
qm=Imt=0.5×1C=0.5C
答:
(1)流过R0的最大电流为0.25A.
(2)从开始到速度达到最大的过程中,ab杆沿斜面下滑的距离是11.56m
(3)在1s时间内通过杆ab横截面的最大电量是0.5C.