题目内容

如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m, 导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R的电阻.匀强磁场方向与导轨平面垂直.质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25.

(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;

(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小;

(3)在上问中,若R=2Ω,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向.

 

(1)金属棒开始下滑的初速为零,根据牛顿第二定

mgsinθ-μmgcosθ=ma    

解得a=4m/s2                                                                                                  (2分)

(2)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡有:      mgsinθ一μmgcos0一F=0              (1分)

此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率即:

Fv=P                                                                                                                  (2分)

由以上两式解得                  (1分)

(3)设电路中电流为I,两导轨间金属棒的长为l,磁场的磁感应强度为B

                                (1分)                                                                P=I2R (1分)

由此解得                                                               (1分)

磁场方向垂直导轨平面向上 。            (1分)

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