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(2004?连云港模拟)如图所示,电动机通过其转轴上的绝缘细绳牵引一根原来静止的长为l=2m、质量为m=4kg的导体棒ab,导体棒贴在竖直放置、电阻不计的金属框架上,导体棒的电阻R=0.4Ω.磁感强度B=0.5T的匀强磁场方向垂直金属框架所在平面.当导体棒在电动机牵引下获得稳定速度时,电动机电路上的电压表、电流表的读数分别为220V、1A,电动机线圈电阻为20Ω,不计摩擦,g取10m/s2,求:
(1)导体棒的稳定速度是多少?
(2)稳定后ab两端的电势差Uab为多大?
分析:(1)导体棒匀速运动时达到稳定状态,受力平衡,推导出导体棒所受的安培力,由平衡条件和电动机功率关系列式,求得导体棒的稳定速度.
(2)由上题求出
解答:解:(1)达到稳定速度v时ab棒为匀速,所以拉力 F=F+mg
其中安培力F=BIl=B
Blv
R
l=
B2l2v
R

由功率关系得 UI-I2r=Fv=
B2l2v2
R

代入数据化简得:v2+16v-80=0
解之得:v=4m/s
(2)ab棒中感应电流I=
Blv
R
=
0.5×2×4
0.4
A=10A
Uab=IR=10×0.4V=4V
答:
(1)导体棒的稳定速度是4m/s.
(2)稳定后ab两端的电势差Uab为4V.
点评:本题是电磁感应与电路知识、力学知识的综合,棒运动情况与汽车额定功率起动类似,要有联想能力.
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40
40
m/s,警车追赶的加速度为
4
4
m/s2,警车在离检查站
800
800
m处追上毒贩.

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