题目内容

【题目】如图,两根足够长的固定的平行光滑金属导轨位于倾角θ=30°的固定斜面 上,导轨上、下端分别接有阻值 R1=15Ω和 R2=15Ω的电阻,导轨自身电阻忽略不计, 导轨宽度 L=2m,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5T.质量为 m=0.1kg,电阻 r=0.5Ω的金属棒 ab在较高处由静止释放,金属 棒 ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨接触良好.当金属棒 ab下滑高度 h =4m 时,速度恰好达到最大值。(g =10m/s2)求:

(1)金属棒 ab达到的最大速度 vm ;

(2)该过程通过金属棒的电量 q;

(3)金属棒 ab在以上运动过程中导轨下端电阻 R1 中 产生的热量。

【答案】(1) ;(2) ;(3)

【解析】

解:(1)切割产生的感应电动势:

根据串并联电路的特点知,外电路总电阻:

根据闭合电路欧姆定律得:

安培力:

当加速度为零时,速度达最大,有:

解得速度最大值:

(2)根据电磁感应定律有:

根据闭合电路欧姆定律有:

通过金属棒的电量:

(3)金属棒下滑过程中根据能量守恒定律可得:

代入数据解得:

电阻中产生的热量:

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