如图所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量...
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如图所示,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω,长度l=0.4m的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,相距0.4m的MM′、NN′相互平行,电阻不计且足够长.电阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.5T.垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab从静止开始无摩擦地运动,始终与MM′、NN′保持良好接触,当ab运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2.
(1)求框架开始运动时ab速度v的大小;
(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1J,求该过程ab位移x的大小.
【回答】
解:(1)由题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力为:
F=μFN=μ(m1+m2)g
ab中的感应电动势为:E=Blv
MN中电流为:
MN受到的安培力为:F安=IlB
框架开始运动时有:F安=F
由上述各式代入数据,解得:v=6m/s
(2)导体棒ab与MN中感应电流时刻相等,由焦耳定律Q=I2Rt得知,Q∝R
则闭合回路中产生的总热量: =×0.1J=0.4J
由能量守恒定律,得:Fx=+Q总
代入数据解得:x=1.1m
答:(1)求框架开始运动时ab速度v的大小为6m/s;
(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中ab位移x的大小为1.1m.
知识点:专题八 电磁感应
题型:计算题
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