题目内容

(09年盐城中学综合考试)(12分)如图所示,光滑矩形斜面ABCD的倾角θ=300,在其上放置一矩形金属线框abcdab的边长l1=1m,bc的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框通过细线绕过定滑轮与重物相连,细线与斜面平行且靠近;重物质量M=2kg,离地面的高度为H=4.8m;斜面上efgh区域是有界匀强磁场,磁感应强度的大小为0.5T,方向垂直于斜面向上;已知ABef的距离为4.2m,efgh的距离为0.6m,ghCD的距离为3.2m,取g=10m/s2;现让线框从静止开始运动(开始时刻,cd边与AB边重合),求:

(1)通过计算,在右图中画出线框从静止开始运动到cd边与CD边重合时(不考虑ab边离开斜面后线框的翻转),线框的速度―时间图象。

(2)线框abcd在整个运动过程中产生的焦耳热。

解析

(1)解法一

如图所示,线框abcd由静止沿斜面向上运动,到ab与ef线重合过程中,线框受恒力作用,线框和重物以共同的加速度做匀加速运动,设为a1,则:

 

对M:      

     

对m:    

   

(或对系统直接列出:亦可)

 

联立得:m/s2     

 

设ab恰好要进入磁场时的速度为,则:

 

 

 

    m/s    

 

该过程的时间为:s  

 

ab边刚进入磁场时:

 

 

(或列出

 

 

 

 

     联立求解得:= 

 

故线框进入磁场后,做匀速直线运动,直到cd边离开gh的瞬间为止。

 

s  

 

此时M刚好着地,细绳松弛,线框继续向上做减速运动,其加速度大小为:m/s2

 

直到线框的cd边离开CD线。设线框cd边离开CD的速度为

 

  

 

m/s  

 

s  

 

则线框的速度――时间图象如图

 

 

 

   解法二

如图所示,线框abcd由静止沿斜面向上运动到ab与ef线重合的过程中,线框和重物在恒力作用下以共同的加速度做匀加速运动.

设ab恰好要进入磁场时的速度为对线框和重物的整体在

这一过程运用动能定理:                                       

 

解得:m/s  

 

该过程的时间为: 

 

ab边刚进入磁场时由于切割磁感线而产生电流,所以线框受到沿斜面向下的安培力作用:      

                                    

故此时, 

 

故线框进入磁场后,做匀速直线运动,直到cd边离开gh的瞬间为止。

 

s    

                                          

此时M刚好着地,细绳松弛,线框继续向上做减速运动,设线框的cd边到达CD线

的速度为,则对线框有:

 

  

 

    得 

 

 m/s

 

s   

 

    则线框的速度――时间图象如图

   

 

(2)解法一:J   

解法二:  

 

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