如图所示,平行金属导轨宽度为l=0.6m,与水平面间的倾角为θ=37o,导轨电阻不计,底端接有阻值为R=3Ω的定值电阻,磁感强度为B=1T的匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一质量为m=0

◎ 题目

如图所示,平行金属导轨宽度为l=0.6m,与水平面间的倾角为θ=37o,导轨电阻不计,底端接有阻值为R=3Ω的定值电阻,磁感强度为B=1T的匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一质量为m=0.2kg,长也为l的导体棒受导轨上两支柱p支撑静止在ab位置,导体棒的电阻为Ro=1Ω,它与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.3。导体棒获得平行斜面的初速vo=10m/s向上滑行最远至a/b/位置,所滑行距离为s=4m。(sin37o=0.6,cos37o=0.8,重力加速度g=10m/s2)。问:
(1)把运动导体棒视为电源,最大输出功率是多少?
(2)上滑过程中导体棒所受的安培力做了多少功?
(3)以ab位置为零势点,若导体棒从ab上滑d=3m过程中电阻R发出的热量QR=2.1J,此时导体棒的机械能E /为多大?
(4)在图2中画出图线,要求能反映导体棒在上滑和下滑过程中机械能E随位移x变化的大致规律。(x正方向沿斜面向上,坐标原点O在ab位置)

◎ 答案

(1)6.75W(2)J(3)(4)见解析

◎ 解析

先根据最大速度时,电流最大,从而求出最大功率;根据动能定理求出安培力所做的功;根据电阻R上产生的焦耳热求出总的热量,利用功能关系求解机械能;写出机械能的表达式,根据表达式画出图象。
(1) (4分)由闭合电路欧姆定律
(2分)
最大输出功率为 (2分)
(2) (3分)安培力做负功,由动能定理
-(2分)
代入数据得J  (1分)
(3) (4分),由串联电路功率关系得焦耳热
J (2分) 
根据功能原理:
代入数据解得J(2分)
(4) (3分) 棒至a/b/位置时机械能为J,由能量关系分析,棒回到ab位置时速度不可能为零,这时的机械能
0<E<(4.8-1.92=2.88)J
画出的大致图线如右图所示,图线变化趋势与截距正确给3分,有错相应扣分。

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,平行金属导轨宽度为l=0.6m,与水平面间的倾角为θ=37o,导轨电阻不计,底端接有阻值为R=3Ω的定值电阻,磁感强度为B=1T的匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一质量为m=0…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  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。

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