题目内容
【题目】两根固定在水平面上的光滑平行金属导轨MN和PQ,一端接有阻值为R=4Ω的电阻,处于竖直向下的匀强磁场中,在导轨上垂直导轨跨放质量m=0.5kg的金属杆ab,其电阻为r=1Ω,导轨足够长且电阻不计,跨过滑轮的轻绳一端与金属杆中点相连,另一端悬挂M=1.5kg的重物,重物与地面的距离h=1m,现从静止释放重物,运动过程中与导轨接触良好并保持垂直,重物落地时速度达到v=3m/s,求:
(1)通过电阻R的电流方向(“M到P”或“P到M”);
(2)重物从开始释放到落地的过程中,R上产生的热量;
(3)重物落地后,R上还能产生多少热量?
【答案】(1)M到P(2)4.8J(3)1.8J
【解析】
(1)根据右手定则可知,产生的电流俯视为逆时针方向,即从M到P方向;
(2)根据能量守恒定律,Mgh-,
根据焦耳定律可得:QR=I2Rt,Qr=I2rt,
而QR+Qr=Q,所以QR=;
代入题中数据可得:QR=4.8J;
(3)重物落地后,金属棒的速度为3m/s,在光滑水平轨道上做减速运动到停止,
所以动能转化为热量:Q′=,
根据焦耳定律可得:Q′R=I′2Rt,Qr′=I′2rt,
而QR′+Qr′=Q,Q′R=
代入数据可得:Q′R=1.8J.
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