题目内容

【题目】如图所示,平行导轨倾斜放置,倾角θ=370,匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=4T,质量为m=2kg的金属棒ab垂直放在导轨上,ab与导轨平面间的动摩擦因数μ=0.25ab的电阻r=1Ω,平行导轨间的距离L=1mR1=R2=18Ω,导轨电阻不计,ab由静止开始下滑运动x=3.5m后达到匀速。sin370=0.6cos370=0.8。求:

1ab在导轨上匀速下滑的速度多大?

2ab匀速下滑时ab两端的电压为多少?

3ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为多少?

【答案】1;(2;(3

【解析】试题分析:ab由静止开始下滑,速度不断增大,对ab受力分析如图所示,

由牛顿第二定律可知,ab做加速度减小的加速运动,当加速度减小到零时,速度增加到最大,此后以最大速度做匀速运动。

ab在导轨上匀速下滑时

等效电路如图所示,

外电路电阻

电路中总电阻

由闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律可知:

电路中的电流

此时的感应电动势

①③④⑤解得:ab在导轨上匀速下滑的速度

2)将代入的得感应电动势

代入得电路中的电流

ab两端的电压为路端电压:

3)由于ab下滑过程速度不断变化,感应电动势和电流不恒定,故不能用焦耳定律求焦耳热。

根据能量守恒定律,ab减少的重力势能等于ab增加的动能、克服摩擦力做功产生的内能与电路中总的焦耳热之和,即

展开得

解得电路中总的焦耳热

由焦耳定律可知相同的时间内通过的电流相等焦耳热与电阻成正比:

外电路产生的焦耳热

外电路中,故,且,解得

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