题目内容

【题目】如图所示,竖直平面内有间距l=40cm、足够长的平行直导轨,导轨上端连接一开关S。长度恰好等于导轨间距的导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦,导体棒ab的电阻R=0.40Ω,质量m=0.20kg。导轨电阻不计,整个装置处于与导轨平面垂直的水平匀强磁场中,磁场的磁感强度B=0.50T,方向垂直纸面向里。空气阻力可忽略不计,取重力加速度g= 10m/s2。

(1)当t0=0时ab棒由静止释放, t=1.5s时,闭合开关S。求:

①闭合开关S瞬间ab棒速度v的大小;

②当ab棒向下的加速度a=5.0 m/s2时,其速度v′的大小;

(2)若ab棒由静止释放,经一段时间后闭合开关S,ab棒恰能沿导轨匀速下滑,求ab棒匀速下滑时电路中的电功率P。

【答案】(1)(2)40W

【解析】(1)①导体棒做自由落体运动,根据运动学公式有 ①

②设导体棒以加速度a=5.0m/s2向下运动时其所受安培力为FA,速度为v′

根据牛顿第二定律有 ②

解得:FA=1.0N

③

④

⑤

解得: ⑥

(2)解法1:导体棒沿轨道匀速下滑时通过导体棒的电流为Im,则 ⑦

解得:Im=10A

此时电路中的电功率P= Im2R=40W ⑧

P= 40W ⑨

解法2:导体棒沿轨道匀速下滑时受安培力为FA′,速度为vm

则,

解得:

此时电路中的电功率

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