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【如图所示,金属杆MN放在相同导体制成的金属框abcd上,接触良好,bc边与x轴重合,以b为坐标原点,矩形框长为2L,宽为L,单位长度的电阻为,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直。现】
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更新时间:2024-04-25 20:05:40
问题描述:

如图所示,金属杆MN放在相同导体制成的金属框abcd上,接触良好,bc边与x轴重合,以b为坐标原点,矩形框长为2L,宽为L,单位长度的电阻为,磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直。现对MN杆施加沿x轴正方向的拉力,使之从框架左端开始,以速度v向右匀速运动,不计摩擦,求作用在MN杆上的外力最大值与最小值之比。

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甘璐回答:
  【分析】因为MN杆做匀速运动,所以作用在MN杆上的拉力等于杆MN受到的安培力,而在切割过程中电动势不变,但是回路中的电阻发生变化,所以当回路中电阻最小时电流最大,安培力最大,外力最大;当回路中电阻最大时电流最小,安培力最小,外力最小。   n而外电阻为两部分电阻并联,可由数学知识列出并联电阻表达式,之后由数学二次函数求出极值即可求解。   设导体杆MN的坐标为x,则杆左侧电阻和右侧电阻分别为:   n   n   n所以,回路的总电阻:   n   n杆在运动时产生的感应电动势为E=BLv。   n根据欧姆定律可得杆中电流为:   n   n为使MN能匀速移动,作用在杆上的外力为:   n   n令,   n由于:   n   n所以:   n当x=L时,,F有最小值:   n   n当x=0或2L时,,F有最大值:   n   n故:。   【点评】题目求解的关键在于并联电阻极值的求解,所以说电磁感应电路涉及知识点较多,可与力、热等知识点发生联系,求解时要具有一定的针对性。   n该题体现了数学方法在分析解答物理问题上的重要作用。
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