题目内容

【题目】如图所示,足够长的U形导体框架的宽度L0.5 m,电阻可忽略不计,其所在平面与水平面成θ37°。有一磁感应强度B0.8 T的匀强磁场,方向垂直于导体框平面。一根质量m0.4 kg、电阻R1 Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上,某时刻起将导体棒由静止释放。已知导体棒与框架间的动摩擦因数μ0.5.(sin 37°0.6cos 37°0.8g10 m/s2)

:

(1)导体棒刚开始下滑时的加速度大小;

(2)导体棒运动过程中的最大速度;

(3)从导体棒开始下滑到速度刚达到最大时的过程中,通过导体棒横截面的电荷量Q4 C,求导体棒在此过程中消耗的电能。

【答案】(1)2m/s2;(5)5m/s;(3)3J

【解析】

(1)导体棒刚开始下滑时,其受力情况如图甲,根据牛顿第二定律有:

mgsinθμmgcosθma

解得a2m/s2

(2)当导体棒匀速下滑时具有最大速度v,其受力情况如图乙,则在平行斜面方向上有:

mgsinθμmgcosθF0

安培力:FBIL

回路中电流:

MN棒中产生的电动势E=BLv

由以上各式得:

代入数值得v=5m/s

(3)通过导体棒横截面的电荷量:

设导体棒下滑速度刚好为v时的位移为x,则ΔΦBxL

全程对棒由动能定理:(12)

其中W安为克服安培力做的功。

由功能关系,克服安培力做的功等于导体棒在此过程中消耗的电能,即

QR=W=3J(13)

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