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问题详情:
如图所示,一个半径为的圆形金属导轨固定在水平面上,一根长为r的金属棒ab的a端位于圆心,b端与导轨接触良好从a端和圆形金属导轨分别引出两条导线与倾角为、间距的平行金属导轨相连质量、电阻的金属棒cd垂直导轨放置在平行导轨上,并与导轨接触良好,且棒cd与两导轨间的动摩擦因数为导轨间另一支路上有一规格为“”的小灯泡L和一阻值范围为的滑动变阻器整个装置置于垂直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为金属棒ab、圆形金属导轨、平行导轨及导线的电阻不计,从上往下看金属棒ab做逆时针转动,角速度大小为假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,已知,.
当时,求金属棒ab中产生的感应电动势,并指出哪端电势较高;
在小灯泡正常发光的情况下,求w与滑动变阻器接入电路的阻值间的关系;已知通过小灯泡的电流与金属棒cd是否滑动无关
在金属棒cd不发生滑动的情况下,要使小灯泡能正常发光,求w的取值范围.
【回答】
(1)3.2V,b端电势较高(2) (3)
【详解】
由法拉第电磁感应定律得:
由右手定则知,b端电势较高
由并联电路的特点可知,当小灯泡正常发光时,有:
代入数据后解得:
由于,所以当棒cd中无电流时,其无法静止
当较小,棒cd恰要向下滑动时,对其进行受力分析,受力示意图如图*所示
x轴有:,y轴有:
且
棒cd所受安培力
通过棒cd的电流
联立以上五式可得:
当较大,棒cd恰要向上滑动时,对其进行受l力分析,受力示意图如图乙所示
同理可得:
所以要使棒cd静止,
由中结果可知:
因为,即
解得小灯泡正常发光时,.
综上所述,
【点睛】
本题重点考查了电磁感应定律的切割式、闭合电路的欧姆定律及平衡条件的应用,解答时,要注意临界状态的判断和变阻器调节范围的结合.
知识点:法拉第电磁感应定律
题型:解答题
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