题目内容
【题目】如图(甲)所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距L=1m,两轨道之间用R=4Ω的电阻连接,一质量m=1kg的导体杆与两轨道垂直,静止放在轨道上,轨道的电阻可忽略不计.整个装置处于磁感应强度B=4T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上,现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆,拉力F与导体杆运动的位移s间的关系如图(乙)所示,当拉力达到最大时,导体杆开始做匀速运动,当位移s=2.5m时撤去拉力,导体杆又滑行了一段距离
后停止.已知在拉力F作用过程中,通过电阻R上电量q为1.25C.在滑行
的过程中电阻R上产生的焦耳热为
.求:
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(1)导体杆运动过程中的最大速度
;
(2)拉力F的最大值
;
(3)拉力F作用过程中,电阻R上产生的焦耳热.
【答案】(1)
(2)8N(3)5J
【解析】(1)设金属棒的电阻为r.棒在拉力F作用过程中,根据![]()
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得: ![]()
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可见r=R
在滑行s′的过程中电阻R上产生的焦耳热为 QR=4J,则棒上产生的热量也为QR=Qr=4J,所以回路中产生的总焦耳热为Q=QR+Qr=8J
根据能量守恒得: ![]()
解得:vm=4m/s.
(2)杆匀速运动时,所受的安培力为:
由于匀速运动,所以有: ![]()
(3)拉力F作用过程中,根据能量守恒定律得: ![]()
则得回路中产生的总焦耳热量为: ![]()
因为R=r,则电阻R上产生的焦耳热为: ![]()
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