题目内容

如图15所示,电阻不计的平行金属导轨MN和OP水平放置,MO间接有阻值为R的电阻,导轨相距为d,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.质量为m、电阻为R的导体棒CD垂直于导轨放置,并接触良好.用平行于MN的恒力F向右拉动CD,CD受恒定的摩擦阻力Ff.已知F > Ff,求:?

图15

(1)CD运动的最大速度是多少?

(2)当CD达到最大速度后,电阻R消耗的电功率是多少??

(3)当CD的速度是最大速度的13时,CD的加速度是多少???????????????

解析:(1)当CD运动到最大速度vm时,在水平方向受力平衡F=Ff +BId, CD上感应电动势E=Bdvm,通过CD的感应电流I=解得

(2)当CD运动到最大速度后,电阻R上消耗的电功率

(3)当CD运动到最大速度的时,感应电动势为E′=Bdvm,通过CD的感应电流CD的加速度


练习册系列答案
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(2010?海淀区一模)如图15所示,固定在上、下两层水平面上的平行金属导轨MN、M'N'和OP、O'P'间距都是l,二者之间固定有两组竖直半圆形轨道PQM和P'Q'M',两轨道间距也均为l,且PQM和P'Q'M'的竖直高度均为4R,两组半圆形轨道的半径均为R.轨道的QQ'端、MM'端的对接狭缝宽度可忽略不计,图中的虚线为绝缘材料制成的固定支架,能使导轨系统位置固定.将一质量为m的金属杆沿垂直导轨方向放在下层导轨的最左端OO'位置,金属杆在与水平成θ角斜向上的恒力作用下沿导轨运动,运动过程中金属杆始终与导轨垂直,且接触良好.当金属杆通过4R的距离运动到导轨末端PP'位置时其速度大小vp=4
gR
.金属杆和导轨的电阻、金属杆在半圆轨道和上层水平导轨上运动过程中所受的摩擦阻力,以及整个运动过程中所受空气阻力均可忽略不计.
(1)已知金属杆与下层导轨间的动摩擦因数为μ,求金属杆所受恒力F的大小;
(2)金属杆运动到PP'位置时撤去恒力F,金属杆将无碰撞地水平进入第一组半圆轨道PQ和P'Q',又在对接狭缝Q和Q'处无碰撞地水平进入第二组半圆形轨道QM和Q'M'的内侧,求金属杆运动到半圆轨道的最高位置MM'时,它对轨道作用力的大小;
(3)若上层水平导轨足够长,其右端连接的定值电阻阻值为r,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中.金属杆由第二组半圆轨道的最高位置MM'处,无碰撞地水平进入上层导轨后,能沿上层导轨滑行.求金属杆在上层导轨上滑行的最大距离.

(20分)

       如图15所示,固定在上、下两层水平面上的平行金属导轨间距都是,二者之间固定有两组竖直半圆形轨道,两轨道间距也均为,且的竖直高度均为4R,两组半圆形轨道的半径均为R。轨道的端、端的对接狭缝宽度可忽略不计,图中的虚线为绝缘材料制成的固定支架,能使导轨系统位置固定。将一质量为的金属杆沿垂直导轨方向放在下层导轨的最左端位置,金属杆在与水平成角斜向上的恒力作用下沿导轨运动,运动过程中金属杆始终与导轨垂直,且接触良好。当金属杆通过4R的距离运动到导轨末端位置时其速度大小。金属杆和导轨的电阻、金属杆在半圆轨道和上层水平导轨上运动过程中所受的摩擦阻力,以及整个运动过程中所受空气阻力均可忽略不计。

(1)已知金属杆与下层导轨间的动摩擦因数为,求金属杆所受恒力F的大小;

(2)金属杆运动到位置时撤去恒力F,金属杆将无碰撞地水平进入第一组半圆轨道,又在对接狭缝处无碰撞地水平进入第二组半圆形轨道的内侧,求金属杆运动到半圆轨道的最高位置时,它对轨道作用力的大小;

(3)若上层水平导轨足够长,其右端连接的定值电阻阻值为,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。金属杆由第二组半圆轨道的最高位置处,无碰撞地水平进入上层导轨后,能沿上层导轨滑行。求金属杆在上层导轨上滑行的最大距离。

 

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