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共点力的平衡
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如图甲所示，“目”字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻．使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置，如图乙所示．一根质量为m的
网友投稿 2022-10-22 00:00:00 互联网
◎ 题目
如图甲所示，“目”字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻．使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置，如图乙所示．一根质量为m的条形磁铁，其横截面是边长为a的正方形，磁铁与导轨间的动摩擦因数为μ，磁铁与导轨间绝缘．假定导轨区域内的磁场全部集中在磁铁的端面，并可视为匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直导轨平面．开始时磁铁端面恰好与正方形3重合，现使其以某一初速度下滑，磁铁恰能匀速滑过正方形2，直至磁铁端面恰好与正方形1重合．已知重力加速度为g．求：
（1）上述过程中磁铁运动经历的时间；
（2）上述过程中所有电阻消耗的电能．
◎ 答案
（1）设磁铁匀速进入正方形2的速度为v，等效电路如图所示．
感应电动势 E=Bav
总电阻
R=r+
r
3
=
4
3
r
感应电流
I=
E
R
=
3Bav
4r
切割磁感线的短边受到的安培力
F=BIa=
3
B
2
a
2
v
4r
短边受到的安培力与磁铁受到的力是作用力与反作用力
根据平衡条件 mgsinθ=F+f
滑动摩擦力 f=μ mgcosθ
解得：
v=
4mgr(sinθ-μcosθ)
3
B
2
a
2
当磁铁进入正方形1时，仍以速度v做匀速直线运动．
整个过程磁铁运动经历的时间
t=
2a
v
解得：
t=
3
B
2
a
3
2mgr(sinθ-μcosθ)
（2）根据能量守恒定律 mg?2asinθ=μ mg cosθ?2a+E
解得：E=2mga（sinθ-μ cosθ）
答：
（1）上述过程中磁铁运动经历的时间为
3
B
2
a
3
2mgr(sinθ-μcosθ)
；
（2）上述过程中所有电阻消耗的电能为2mga（sinθ-μ cosθ）．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“如图甲所示，“目”字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻．使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置，如图乙所示．一根质量为m的…”主要考查了你对 【滑动摩擦力、动摩擦因数】，【力的合成】，【共点力的平衡】，【闭合电路欧姆定律】，【导体切割磁感线时的感应电动势】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202210/323067.html
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