求做一高中电磁学题目!~~~~~

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/08 00:43:16
如图所示,光滑导轨立在竖直平面内,匀强磁场的方向垂直于导轨平面,磁感应强度T=0.5T,电源电动势为1.5V,内阻忽略不计,当电键K拨向a时,导体棒(电阻为R)PQ恰能静止.当K拨向b后,导体棒PQ在1s内扫过的最大面积为多少?(导轨电阻忽略不计)
请高手指点写出详细过程
! 谢了~
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谁说定量计算要用积分?其实这题目考的是变形技巧
拨向a时,有
BIL=mg ①
而I=E/R,故BEL/R=mg,变形得mgR/L=BE(*)(等会要用)
拨向b时,导体棒做,加速度渐小的加速运动,最后匀速,速度最大,1s内扫过面积也最大.速度最大时,有
BI'L=mg ②
I'R=E' ③E'为感应电动势
E'=BLv ④
得,v=mgR/(B^2*L^2)将(*)代入得v=E/BL
而1s内扫过的面积ΔS=Δx*L/Δt=vL=E/B
刚好E,B为已知,得ΔS=1.5V/0.5T=3平方米

这个问题虽然用高中的知识可以分析,但是定量计算必须用微积分。
当电键K拨向a时,导体棒中有电流,受到的安培力向上,导体棒(电阻为R)PQ恰能静止,说明安培力与重力平衡,
mg = B*[E/R]*L
当K拨向b后,导体棒中由于没有电流了,受到重力作用而下降,导体棒一旦运动,又会产生感应电动势。产生感应电流,有了电流,又有安培力。
假设任意时刻导体棒的速度为v,电流为I,
BLv=IR
mg-BIL=ma=mdv/dt
进行微积分计算;
[B2L2v-mgR]dt=mRdv
dv/[mgR-B2L2v]=dt/mR
∫dv/[mgR-B2L2v]=∫dt/mR
In[mgR-B2L2v]-In[mgR-B2L2*0]=[B2L2/mR]dt
于是得到导体棒在任意时刻的速度;
v=[mR/B2L2][1-e的B2L2t/mR次方]
得到导体棒在任意时刻的位移;
s=∫vdt=[mR/B2L2][t-[mR/B2L2]e的B2L2t/mR次方]
由于题目数据告诉得不全,无法算出

S=U/T=1.5V/0.5T=3
最后是匀速的 切割磁感线产生的电动势为V 此时速度最大
面积最大 U=TS就可以算出了

由电键k拨向a时