题目内容
如图所示,PQ、MN是固定的水平放置的足够长的U形金属导轨,导轨的宽度为L,整个导轨处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨左端连接一阻值为R的电阻器,在导轨上放一质量为m的金属棒ab,导轨与金属棒电阻均不计,给ab一水平初速度v0,使其向右运动,最后ab静止在导轨上,(1)求:当金属棒ab的速度为0.5 v0时,通过电阻R的电流强度.
(2)针对导轨是光滑还是粗糙的两种情况,小明同学对安培力做功和整个回路中产生的热量进行了如下猜想,即:
猜想1:安培力对金属棒所做的功相等.
猜想2:整个回路产生的热量相等.
你认为以上两种猜想成立吗?请通用计算或相关物理原理解释你的判断.
(1) 感应电动势E = 0.5BLv0 通过电阻R的电流
(2)猜想1不成立,猜想2成立.导轨光滑时,由动能定理知,金属棒ab克服安培力做功的值等于其初动能,即:
①;导轨粗糙时,由动能定理知,金属棒ab克服安培力和滑动摩擦力所做功的总和等于其初动能,即:
,
②比较①②式,可知猜想1不成立. 由能量的转换和守恒定律知,导轨光滑时,回路中产生的热量等于金属棒的初动能.导轨粗糙时,回路中产生的热量还是等于金属棒的初动能.所以猜想2是成立的.
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