题目内容

如图所示,足够长的两根光滑导轨相距0.5 m竖直平行放置,导轨电阻不计,下端连接阻值为1 Ω的电阻R,导轨处在匀强磁场B中,磁场的方向垂直于导轨平面向里,磁感应强度为0.8 T.两根质量均为0.04 kg、电阻均为0.5 Ω的水平金属棒ab和cd都与导轨接触良好,金属棒ab用一根细绳悬挂,细绳允许承受的最大拉力为0.64 N,现让cd棒从静止开始落下,直至细绳刚好被拉断,在此过程中电阻R上产生的热量为0.2 J,g取10 m/s2.求:

(1)此过程中ab棒和cd棒上分别产生的热量Qab和Qcd.

(2)细绳被拉断时,cd棒的速度v.

(3)细绳刚要被拉断时,cd棒下落的高度h.

解:(1)金属棒cd从静止开始运动直至细绳刚好被拉断的过程中有:

Qab=  ① 

QR=t  ② 

联立①②可得Qab=0.4 J  ③ 

Qcd=I2Rcdt  ④  (1分)

Qab+QR=I2  ⑤ 

联立④⑤可得Qcd=0.9 J  ⑥ 

(2)细绳被拉断瞬时,对ab棒有:

Fm=mg+IabLB  ⑦ 

又有IR=  ⑧ 

Icd=Iab+IR  ⑨ 

又由闭合欧姆定律可得

BLv=Icd(Rcd+)  ⑩ 

联立⑦⑧⑨⑩可得

v=1.88 m/s  11 

(3)由功能关系得

mgh=Q+mv2  12

即可得h=3.93 m  13 

 


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