题目内容

【题目】如图,电阻可忽略的足够长的光滑平行金属导轨间距l=1.0m,倾角θ=30°,导轨上端ab接一阻值R=1.5Ω的电阻,磁感应强度B=1.0T的匀强磁场垂直于轨道平面向上,阻值r=0.5Ω,质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端某处由静止释放,下滑距离d=1.2m时刚好达到最大速度,重力加速度g=10m/s2,求:

(1)金属棒的最大速度vm的大小;

(2)从开始运动到刚好达到最大速度的过程中,金属棒上产生的焦耳热Qr;

(3)金属棒从开始运动到刚好达到最大速度所用的时间t。

【答案】(1)2m/s(2)0.2J(3)1s

【解析】

(1)金属棒的速度达到最大时,合外力0,设电流为I,由平衡条件有:mgsinθ=BIl

感应电动势为:E=Blvm

由闭合电路欧姆定律有:

代入数据得最大速度为:vm=2m/s

(2)设从开始运动到刚好达到最大速度的过程中,回路中产生的热量为Q,由能量守恒定律有:

又有

解得:Qr=0.2J

(3)从开始运动到刚好达到最大速度的过程中,由动量定理有:mgtsinθ﹣BIlt=mvm

又有

代入数据可得:t=1s

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