如图所示,一根质量为m的金属棒MN水平放置在两根竖直的光滑平行金属导轨上,并始终与导轨保持良好接触,导轨间距为L,导轨下端接一阻值为R的电阻,其余电阻不计.在空间内有垂

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,一根质量为m的金属棒MN水平放置在两根竖直的光滑平行金属导轨上,并始终与导轨保持良好接触,导轨间距为L,导轨下端接一阻值为R的电阻,其余电阻不计.在空间内有垂直于导轨平面的磁场,磁感应强度大小只随竖直方向y变化,变化规律B=ky,k为大于零的常数.质量为M=4m的物体静止在倾角θ=30°的光滑斜面上,并通过轻质光滑定滑轮和绝缘细绳与金属棒相连接.当金属棒沿y轴方向从y=0位置由静止开始向上运动h时,加速度恰好为0.不计空气阻力,斜面和磁场区域足够大,重力加速度为g.求:
(1)金属棒上升h时的速度;
(2)金属棒上升h的过程中,电阻R上产生的热量;
(3)金属棒上升h的过程中,通过金属棒横截面的电量.
魔方格

◎ 答案


(1)当金属棒的加速度为零时,Mgsin30°=F+mg                                               
库仑力:F=BIL=KhIL                                             
感应电流:I=
BLv
R
=
khLv
R
                                           
解以上方程得:v=
mgR
k2h2L2
                            
(2)设产生的焦耳热为Q,由能量的转化与守恒得:
1
2
(M+m)v2=Mghsinθ-mgh-Q
                        
解得:Q=mgh-
5m3g2R2
2k4L4h4
                   
(3)金属棒上升h的过程中,磁通量的变化:△Φ=
.
B
Lh=
1
2
kh?Lh=
1
2
kh2L

   流过金属棒截面的电量:q=
.
I
?△t=
.
E
R
?△t
                  
    
.
E
=
△Φ
△t
                                
解得:q=
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