题目内容

20.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l,导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,回路中其余部分的电阻不计,在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时cd棒静止,棒ab有指向cd的初速度υ0.若两导体棒在运动中始终不接触.求:
(1)cd棒的最大速度;
(2)在整个运动过程中系统产生的最大焦耳热.

分析 (1)先分析两根导体棒的运动情况:ab棒向cd棒运动时,两棒和导轨构成的回路面积变小,磁通量发生变化,于是产生感应电流.ab棒受到与运动方向相反的安培力作用作减速运动,cd棒在安培力作用下向右作加速运动.在ab棒的速度大于cd棒的速度时,回路总有感应电流,ab棒继续减速,cd棒继续加速,两棒速度达到相同后,回路面积保持不变,磁通量不变化,不产生感应电流,最终两棒以相同的速度作匀速运动.所以匀速运动时cd棒的速度最大,根据系统的动量守恒求解.
(2)在两棒运动过程中,遵守能量守恒定律,由此求解焦耳热.

解答 解:(1)当两棒速度相等时cd棒的速度达最大值.在运动过程中两棒总动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律得:
mυ0=2mυ    
得cd棒的最大速度为:υ=$\frac{1}{2}$υ0
(2)根据能的转化和守恒定律得:
Q=$\frac{1}{2}$mυ02-$\frac{1}{2}$•2mυ2=$\frac{1}{4}$mυ02.
答:(1)cd棒的最大速度是$\frac{1}{2}$υ0;
(2)在整个运动过程中系统产生的最大焦耳热是$\frac{1}{4}$mυ02.

点评 解决本题关键要分析两棒的运动情况,对相互作用的问题,应考虑应用动量守恒定律;再运用能量守恒定律求解.应用能量守恒定律解题时,一定要搞清能量的转化情况.

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