如图1所示,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定,轨距为L=1m,质量为m的金属杆ab放置在轨道上,其阻值忽略不计.空间存在方向垂直于轨道平面向上的匀强磁场,

◎ 题目

如图1所示,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定,轨距为L=1m,质量为m的金属杆ab放置在轨道上,其阻值忽略不计.空间存在方向垂直于轨道平面向上的匀强磁场,磁感应强度为B=0.5T.P、M间接有阻值R1的定值电阻,Q、N间接变阻箱R.现从静止开始释放金属杆ab,改变变阻箱的阻值R,测得杆的最大速度为vm,得到
1
vm
1
R
的关系如图2所示.若轨道足够长且电阻不计,重力加速度g取l0m/s2.求:
(1)金属杆开始滑动时加速度值;
(2)金属杆质量m和定值电阻R1阻值;
(3)当变阻箱R取4Ω,金属杆ab运动的速度为
vm
2
时,定值电阻R1消耗的电功率.

◎ 答案

(1)金属杆开始滑动时,受重力、支持力,根据牛顿第二定律,有:
mgsin30°=ma
解得:
a=gsin30°10×
1
2
=5m/s2
(2)电路的总电阻:
R=
RR1
R+R1

根据闭合电路欧姆定律,电流:
I=
BLv
R

当达到最大速度时杆平衡,有:
mgsinθ=BIL=
B2L2vm
RR1
(R+R1)

即:
1
vm
=
B2L2
mgsinθ?R
+
B2L2
mgsinθ?R1

根据图象代入数据,得到:
m=0.1kg,R1=1Ω
(3)当变阻箱R取4Ω时,根据图象,得到:
vm=1.6m/s
金属杆ab运动的速度为
vm
2
=0.8m/s时,定值电阻R1消耗的电功率:
P=
B2L2v2
R1
=
0.52×12×0.82
1
=1.6W
答:(1)金属杆开始滑动时加速度值为5m/s2
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