如圖9-3-9所示,間距l=0.3m的平行金屬導軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個豎直面內.在水平面a...
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問題詳情:
如圖9-3-9所示,間距l=0.3 m的平行金屬導軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個豎直面內.在水平面a1b1b2a2區域內和傾角θ=37°的斜面c1b1b2c2區域內分別有磁感應強度B1=0.4 T,方向豎直向上和B2=1 T、方向垂直於斜面向上的勻強磁場.電阻R=0.3 Ω、質量m1=0.1 kg、長為l的相同導體杆K、S、Q分別放置在導軌上,S杆的兩端固定在bb2點,K、Q杆可沿導軌無摩擦滑動且始終接觸良好.一端繫於K杆中點的輕繩平行於導軌繞過輕質定滑輪自然下垂,繩上穿有質量m2=0.05 kg的小環.已知小環以a=6 m/s2的加速度沿繩下滑,K杆保持靜止,Q杆在垂直於杆且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運動.不計導軌電阻和滑輪摩擦,繩不可伸長.取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求
圖9-3-9
(1)小環所受摩擦力的大小;
(2)Q杆所受拉力的瞬時功率.
【回答】
解析 (1)以小環為研究物件,在環沿繩下滑過程中,受重力m2g和繩向上的摩擦力Ff,由牛頓第二定律知m2g-Ff=m2a.
代入資料解得Ff=m2(g-a)=0.05×(10-6) N=0.2 N.
(2)根據牛頓第二定律知,小環下滑過程中對繩的反作用力大小Ff′=Ff=0.2 N,所以繩上的張力FT=0.2 N.設導體棒K中的電流為IK,則它所受安培力FK=B1IKl,對導體棒K,由平衡條件知FT=FK,所以電流IK= A.
因為導體棒Q運動切割磁感線而產生電動勢,相當於電源.
等效電路如圖所示,因K、S、Q相同,所以導體棒Q中的
電流IQ=2IK= A
設導體棒Q運動的速度大小為v,則E=B2lv
由閉合電路的歐姆定律知IQ=
解得v=5 m/s
導體棒Q沿導軌向下勻速下滑過程中,受安培力FQ=B2IQl
由平衡條件知F+m1gsin 37°=FQ
代入資料解得F=0.4 N
所以Q杆所受拉力的瞬時功率
P=F·v=0.4×5 W=2 W.(程式思維法)
* (1)0.2 N (2)2 W
知識點:專題八 電磁感應
題型:綜合題
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