(2007•南通二模)如图所示,水平放置的两根足够长的平行光滑金属导轨相距L,质量为m的金属杆ab垂直置于导轨上,两导轨

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  • 解题思路:(1)金属杆ab匀速运动时,产生感应电动势为E=BLv0,因金属杆相当于电源,又不计电阻,则电容器两端的电压等于感应电动势E,可由Q=CU求其电量.根据欧姆定律可求出电路中感应电流I,由F=BIL求出杆所受的安培力,杆匀速运动,外力与安培力平衡,就能求得水平外力F1的大小.(2)让金属杆ab从静止开始向右做匀加速运动时,产生的感应电动势不断增大,电容器不断充电,电路中存在充电电流,根据I=△Q△t,Q=CU,U=E,E=BLv、v=at,联立求得电容器的充电电流IC,并能求出杆所受的安培力,再根据牛顿第二定律得到F2随时间t变化关系式.

    (1)金属杆ab匀速运动时,产生感应电动势为E=BLv0

    因不计金属杆和金属导轨的电阻,则电容器两端的电压U=E,

    由C=[Q/U]得,电容器所带电量 Q=CE=CBLv0

    电路中感应电流为 I=[E/R]

    杆所受的安培力大小为 FA=BIL,

    因杆做匀速运动,则由平衡条件得

    F1=FA

    联立以上各式得:F1=

    B2L2v0

    R

    (2)让金属杆ab从静止开始向右做匀加速运动时,在t时刻,杆的速度为 v=at

    感应电动势为 E=BLv

    电容器的所带电量为 Q=CE

    则该过程中电容器的充电电流IC=[△Q/△t]=

    △(CBLv)

    △t=CBL[△v/△t]=CBLa

    故通过杆的电流为 I=IC+[E/R]=CBLa+[BLat/R]

    根据牛顿第二定律得

    F2-BIL=ma

    解得,F2=ma+B2L2Ca+

    B2L2at

    R

    答:

    (1)电容器所带电量为CBLv0,金属杆ab所受水平外力F1的大小为

    B2L2v0

    R.

    (2)该过程中电容器的充电电流IC为CBLa,F2随时间t变化的关系式为ma+B2L2Ca+

    B2L2at

    R.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 本题电磁感应与电路的综合,除掌握电磁感应与力学的基本规律外,关键要理解电容器的充电电流IC=△Q△t,并掌握电量Q=CU,再进行推导.

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