综合题16.0分
物理

22.如图所示,MN、PQ为竖直放置的两根足够长平行光滑导轨,相距为d=0.5m,M、P之间连一个R=1.5Ω的电阻,导轨间有一根质量为m=0.2kg,电阻为r=0.5Ω的导体棒EF,导体棒EF可以沿着导轨自由滑动,滑动过程中始终保持水平且跟两根导轨接触良好。整个装置的下半部分处于水平方向且与导轨平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B=2T。取重力加速度g=10m/s2,导轨电阻不计。

            

(1)若导体棒EF从磁场上方某处沿导轨下滑,进入匀强磁场时速度为v=2m/s,

a.求此时通过电阻R的电流大小和方向

b.求此时导体棒EF的加速度大小

(2) 若导体棒EF从磁场上方某处由静止沿导轨自由下滑,进入匀强磁场后恰好做匀速直线运动,求导体棒EF开始下滑时离磁场的距离。

正确答案及相关解析

正确答案

(1)a.电动势:E=Bdv

由闭合电路欧姆定律:I=E/(R+r)  I= Bdv/(R+r)   I=1A

方向:由P指向M

b.导体棒所受安培力:F=BId

由牛顿第二定律:mg-F=ma

a=(mg-BId)/m      a=5m/s2

(2)由于匀速:mg=BId

I=E/(R+r)

E=Bdv

v=mg(R+r)/B2d2    v=4m/s

由自由落体公式:v2=2gh

h=v2/2g=0.8m

解析

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知识点

牛顿第二定律 通电直导线在磁场中受到的力 法拉第电磁感应定律