题目内容

【题目】如图所示,倾角的两平行光滑导轨间距,两导轨间有一电阻,轨道处在垂直导轨平面向上的匀强磁场中。现有质量、电阻的金属棒垂直放置在导轨上,当金属棒从离地的不同高度处由静止释放时,金属棒滑到导轨底端时的速度均为。若导轨电阻不计,金属棒运动中与导轨接触良好,取重力加速度。

(1)求匀强磁场的磁感应强度;

(2)若金属棒在导轨上距地面高于的某处由静止释放,下滑到底端的过程中,电路中产生的总焦耳热为,求此过程中流过电阻的电荷量。

【答案】(1) (2)

【解析】

根据题图和“金属棒从离地的不同高度处由静止释放时,金属棒滑到导轨底端时的速度均为”可知,考查了电磁感应与电路、动力学、能量结合的问题。

(1)根据等效电路,求出金属棒的电流,从力的角度,根据牛顿第二定律列方程求解;

(2)根据功能关系,求出下落的高度H,根据电荷量的计算公式求出回路中的电荷量q。

(1)由题意知,金属棒从离地高以上任何地方由静止释放后,在到达地面之前均已经开始匀速运动,设磁感应强度为。

感应电动势:,

感应电流:

安培力:

匀速运动时:

解得:

(2)安培力所做的功等于电路中产生的焦耳热,

,

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