如图1所示,相距为L的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为α,导轨一部分处在垂直导轨平面的匀强磁场中,OO′为磁场边界,磁感应强度为B,导轨右端接有定值电阻R,导轨电阻忽略不
◎ 题目
如图1所示,相距为L的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为α,导轨一部分处在垂直导轨平面的匀强磁场中,OO′为磁场边界,磁感应强度为B,导轨右端接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计.在距OO′为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab. (1)若ab杆在平行于斜面的恒力作用下由静止开始沿斜面向上运动,其速度平方一位移关系图象如图2所示,图中v1和v2为已知.则在发生3L位移的过程中,电阻R上产生的电热Q1是多少? (2)ab杆在离开磁场前瞬间的加速度是多少? (3)若磁感应强度B=B0+kt(k为大于0的常数),要使金属杆ab始终静止在导轨上的初始位置,试分析求出施加在ab杆的平行于斜面的外力. |
◎ 答案
(1)物体的位移为3L,在0--L段,恒力F、重力mg及安培力F安对物体做功,安培力的功等于电阻上产生的电热Q1, 由动能定理:F L-mg L sinα+W安=
而:W安=-Q1 在L--3L段,由动能定理得: (F-mgsinα)2L=
解得:Q1=
(2)ab杆在离开磁场前瞬间,沿轨道方向受重力分力mg sinα、安培力F安和恒力F作用. F安=
a=
解得:a=
(3)当磁场按B=B0+kt规律变化时,由于ab静止在导轨上的初始位置, 所以感应电动势为:E=
安培力为:F安=BIL=
由平衡条件得:F-mgsinα+F安=0 解得:F=mgsinα-
①若mgsinα≤ |