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abcd,ab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AB到ef的距离为4.2m,ef到gh的距离为0.6m,gh到CD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:①、②m/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: