如图所示,MN、PQ是足够长的光滑平行导轨,其间距为L,且MP⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ=30°.MP接有电阻R.有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B0.将一根质量为m的金

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,MN、PQ是足够长的光滑平行导轨,其间距为L,且MP⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ=30°.MP接有电阻R.有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B0.将一根质量为m的金属棒ab紧靠MP放在导轨上,且与导轨接触良好,金属棒的电阻也为R,其余电阻均不计.现用与导轨平行的恒力F=mg沿导轨平面向上拉金属棒,使金属棒从静止开始沿导轨向上运动,金属棒运动过程中始终与MP平行.当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度,cd 到MP的距离为s.求:
(1)金属棒达到稳定速度的大小;
(2)金属棒从静止开始运动到cd的过程中,电阻R上产生的热量;
(3)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感应强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,写出磁感应强度B随时间t变化的关系式.
魔方格

◎ 答案

(1)当金属棒稳定运动时做匀速运动,则有 F=mgsinθ+F
又安培力 F=
B20
L2v
2R

解得:v=
mgR
B20
L2

(2)金属棒从静止开始运动到cd的过程,由动能定理得:
   Fs-mgssinθ-W克安=
1
2
mv2-0

解得:W克安=
1
2
mgs-
m3g2R2
2
B40
L4

则根据功能关系得:回路中产生的总热量为Q=W克安=
1
2
mgs-
m3g2R2
2
B40
L4

故电阻R上产生的热量为QR=
1
2
Q

则得  QR=
1
4
mgs-
m3g2R2
4
B40
L4

(3)当回路中的总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流.此时金属棒将沿导轨做匀加速运动.
根据牛顿第二定律 F-mgsinθ=ma,
解得,a=
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