题目内容
【题目】如图,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定,轨距为d.空间存在匀强磁场,磁场方向垂直轨道平面向上,磁感应强度为B.P、M间所接阻值为R的电阻.质量为m的金属杆ad水平放置在轨道上,其有效电阻为r.现从静止释放ab,当它沿轨道下滑距离s时,达到最大速度.若轨道足够长且电阻不计,重力加速度为g.求:
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(1)金属杆ab运动的最大速度;
(2)金属杆ab运动的加速度为
时,电阻R上电功率;
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功.
【答案】(1)
(2)
(3)![]()
【解析】
试题(1)当加速度为零时,金属杆的速度达到最大,结合切割产生的感应电动势公式、安培力大小公式、闭合电路欧姆定律和共点力平衡求出金属杆的最大速度.
(2)根据牛顿第二定律,结合安培力大小公式求出电流的大小,从而根据功率的公式求出电阻R上的电功率.
(3)根据动能定理求出金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功.
解:(1)当杆达到最大速度时 F=mgsinθ
安培力F=BId
感应电流![]()
感应电动势E=Bdv
解得最大速度![]()
(2)当ab运动的加速度为
时
根据牛顿第二定律![]()
电阻R上的电功率P=I′2R
解得![]()
(3)根据动能定理![]()
解得
.
答:(1)金属杆ab运动的最大速度
.
(2)金属杆ab运动的加速度为
时,电阻R上电功率
.
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功为![]()
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