Question

如圖所示，MN和PQ是水平光滑的導軌，ab為垂直擱在導軌上的導體棒，它們的電阻都可忽略不計．豎直的勻強磁場穿過導軌平面，導軌的左端與一電路連接，圖中R₁=5Ω，R₂=15Ω，R₃為滑動變阻器，伏特表的量程為0～20V，安培表的量程為0～3A．請完成下列問題：
（1）當滑動變阻器阻值調(diào)節(jié)為30Ω，ab棒向右勻速滑動時，兩個電表中有一個滿偏，另一個處于正常狀態(tài)，請問是哪一個電表的指針滿偏？另一個電表的示數(shù)是多少？
（2）在（1）題的情況下，若ab棒所受向右的水平拉力大小為20N，求ab棒勻速運動的速度大小；
（3）若ab棒在30N的水平拉力作用下勻速運動，為了使兩個電表都能正常工作，求滑動變阻器的電阻值的變化范圍．

Answer 1

【答案】分析：（1）采用假設(shè)法分析哪只電表滿偏．假設(shè)電壓表滿偏，由歐姆定律求出通過電流表的電流，與電流表的量程比較，確定是否合理．
（2）ab棒勻速運動時，水平拉力F與安培力大小相等，由公式F_A=BIL求出BL．由閉合電路歐姆定律求出感應電動勢，由E=BLv求解ab棒勻速運動的速度大小．
（3）當水平拉力為30N時，由安培力公式求出電路中的電流．再分析電壓表滿偏時，由歐姆定律求出通過R₂的電流，再求解變阻器的電阻，得到其變化范圍．
解答：解：（1）假設(shè)電壓表滿偏，則通過變阻器的電流為I₃===，通過R₂的電流為I₂==，則干路電流I=I₂+I₃=2A＜3A，所以電壓表滿偏正常，電流表的示數(shù)為2A．
（2）ab棒勻速運動時，水平拉力F與安培力大小相等，則有F_A=F=BIL，得   BL==10N/A．
感應電動勢E=U+IR₁=（20+2×5）V=30V，
又E=BLv，則得
    v==3m/s
（3）當水平拉力為30N時，電路中電流為  I′===3A，可見，電流表的示數(shù)與R₃的取值無關(guān)，總是3A．R₂與R₃并聯(lián)，R₃越大，電壓表示數(shù)越大，所以當電壓表滿偏時，R₃的取值最大，此時I₂=，則
   通過變阻器的電流為I₃′=I′-I₂=3A-=
所以變阻器的電阻為
   R₃==12Ω
所以滑動變阻器的電阻值的變化范圍為0～12Ω．
答：
（1）當滑動變阻器阻值調(diào)節(jié)為30Ω，ab棒向右勻速滑動時，兩個電表中有一個滿偏，另一個處于正常狀態(tài)，電壓表的指針滿偏，電流表的示數(shù)是2A．
（2）在（1）題的情況下，若ab棒所受向右的水平拉力大小為20N，ab棒勻速運動的速度大小是3m/s；
（3）若ab棒在30N的水平拉力作用下勻速運動，為了使兩個電表都能正常工作，滑動變阻器的電阻值的變化范圍為0～12Ω．
點評：本題是電磁感應與電路知識的綜合應用，要抓住電動勢既與電路有聯(lián)系，又與電磁感應有聯(lián)系．