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如图所示,在与水平面成θ角的矩形框范围内有垂直于框架的匀强磁场,磁感应强度为B,框架的ad边和bc边电阻不计,而ab边和cd边电阻均为R,长度均为L,有一质量为m、电阻为2R的金属棒MN,无摩擦地冲上框架,上升最大高度为h,在此过程中ab边产生的热量为Q,求在金属棒运动过程中整个电路的最大热功率Pmax
解:棒MN沿框架向上运动产生感应电动势,相当于电源;ab和cd相当于两个外电阻并联。根据题意可知,ab和cd中的电流相同,MN中的电流是ab中电流的2倍。由焦耳定律知,当ab边产生的热量为Q时,cd边产生的热量也为Q,MN产生的热量则为8Q。金属棒MN沿框架向上运动过程中,能量转化情况是:MN的动能转化为MN的势能和电流通过MN、ab、cd时产生的热量。
设MN的初速度为,由能量守恒得,即
而MN在以速度v上滑时,产生的瞬时感应电动势
所以,整个电路的瞬时热功率为
可见,当MN的运动速度v为最大速度时,整个电路的瞬时热功率P为最大值,即
练习册系列答案
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(2012?南充二模)如图所示,在与水平面成θ=30°角的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计.空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20T,方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg,回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50m.现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动的过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上.g取10m/s2.求:
(1)导体棒cd受到的安培力大小;
(2)导体棒ab运动的速度大小;
(3)拉力对导体棒ab做功的功率.

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如图所示,在与水平面成θ=30°的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计.空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20T,方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-2kg,回路中每根导体棒电阻r=5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50m.现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之以速度v匀速向上运动.在导体棒ab匀速向上运动过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上.g取10m/s2,求:
(1)导体棒cd受到的安培力大小;
(2)导体棒ab运动的速度大小;
(3)如果导体棒ab的速度突然变为原来的2倍,且保持匀速上滑,问①cd棒最开始加速度a为多大?②cd棒最终速度大小为多少?

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(13分) 如图所示,在与水平面成=300角的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道,其电阻可忽略不计。空间存在着匀强磁场,磁感应强度B=0.20 T,方向垂直轨道平面向上。导体棒abcd垂直于轨道放置,且与金属轨道接触良好构成闭合回路,每根导体棒的质量m=2.0×10-1kg,回路中每根导体棒电阻r= 5.0×10-2Ω,金属轨道宽度l=0.50 m。现对导体棒ab施加平行于轨道向上的拉力,使之匀速向上运动。在导体棒ab匀速向上运动的过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上。g取10 m/s2,求:

(1)导体棒cd受到的安培力大小;

(2)导体棒ab运动的速度大小;

(3)拉力对导体棒ab做功的功率。

 

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