如右图所示,光滑的轻质定滑轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为2m的重物,另一端系一质量为m、电阻为R的金属杆。在竖直平面内有足够长的平行金属导轨PQ、EF,其间距为L。在Q、F之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计,一匀强磁场与导轨平面垂直,磁感应强度为B0。开始时金属杆置于导轨下端QF处,将重物由静止释放,当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,不计一切摩擦和接触电阻,重力加速度为g。求:
31.速下降的速度;
32.释放到下降h的过程中,电阻R中产生的热量;
33.下降h时的时刻t=0,此时速度为,若从t=o开始,磁场的磁感应强度B逐渐减小,且金属杆中始终不产生感应电流,试写出B随时间t变化关系。
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重物匀速下降时,金属棒匀速上升,处于平衡状态,对金属棒,由平衡条件得:T=mg+F, 金属棒受到的安培力: , 对重物,由平衡条件得:T=2mg, 解得: ;
重物匀速下降时,金属杆匀速上升,受力平衡.推导出安培力,由平衡条件列式求出速度v;
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设电路中产生的总焦耳热为Q, 由能量守恒定律得: , 电阻R中产生的焦耳热: , 解得: ;
重物从释放到下降h的过程中,重物的重力势能减小转化为杆的重力势能和动能、重物的动能及整个回路的内能,根据能量守恒求出整个回路产生的焦耳热,根据串联电路电流关系,求出电阻R中产生的焦耳热QR;
金属杆中恰好不产生感应电流,金属杆不受安培力,将作匀加速运动,加速度设为a. 则 2mg-mg=3ma,, 即磁通量不变:Φ0=Φt, hLB0=(h+h2)LBt,
, 解得,磁感应强度B怎样随时间t变化关系: 。
当回路中总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流,此时棒将导轨做匀加速运动.根据磁通量不变,列式求B与t的关系式.
关键是计算安培力和分析能量如何变化,以及把握没有感应电流产生的条件。