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如图所示 导体棒ab的质量为m 电阻不计 放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上

时间:2019-05-01 13:08:42

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如图所示 导体棒ab的质量为m 电阻不计 放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上

问题补充:

如图所示,导体棒ab的质量为m、电阻不计,放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上,导轨间距为d,电阻不计,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度为B,电源的电动势为E,内阻不计.设导体棒与导轨的动摩擦因数为μ,且不通电时导体棒不能静止于导轨上,要使导体棒静止在导轨上,变阻器阻值范围应为多大?(设:导体棒受到的滑动摩擦力与最大静摩擦力相等)

答案:

解:当导体棒刚要沿导轨上滑时,导体棒所受的静摩擦力沿斜面向下达到最大值,此时导体棒受力情况如图:重力mg、导轨的支持力N、静摩擦力fm、安培力F,由平衡条件得:

Fcosθ=mgsinθ+fm

N=Fsinθ+mgcosθ

又由题,fm=μN,F=BImaxL,Imax=

联立得,变阻器的最小阻值为:Rmin=

同理,当导体棒刚要沿导轨下滑时,导体棒所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大值,此时导体棒受力情况如图:重力mg、导轨的支持力N、静摩擦力fm、安培力F,由平衡条件得:

Fcosθ-mgsinθ=fm

N=Fsinθ+mgcosθ

又由题,fm=μN,F=BIminL,Imin=

联立解得,变阻器的最大阻值为:Rmax=.

故要使导体棒静止在导轨上,变阻器阻值范围应为≤R≤.

答:要使导体棒静止在导轨上,变阻器阻值范围应为≤R≤.

解析分析:分析导体棒的受力情况:重力、导轨的支持力、静摩擦力和安培力.当导体棒刚要沿导轨上滑时,导体棒所受的静摩擦力沿斜面向下达到最大值,安培力达到最大,电路中电流最大,电阻R最小,根据平衡条件、安培力公式和闭合电路欧姆定律求解电阻R的最小值;

当导体刚要沿导轨下滑时,导体棒所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大值,安培力达到最小,电路中电流最小,电阻R最大,再根据平衡条件、安培力公式和闭合电路欧姆定律结合求解电阻R的最大值.即可得到R的范围.

点评:本题是通电导体在磁场中平衡问题,分析受力时,要抓住:当导体棒刚要滑动时静摩擦力达到最大值这个临界条件.

如图所示 导体棒ab的质量为m 电阻不计 放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上 导轨间距为d 电阻不计 整个装置处在竖直向上的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度为B

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