题目内容

19.如图所示,在倾角θ=37°的斜面上,固定着间距L=0.5m的平行金属导轨,导轨上端接入电动势E=10V,内阻r=1.0Ω电源,一根质量m=1.0kg的金属棒ab垂直导轨放置,整个装置放在磁感应强度B=2.0T、垂直于斜面向上的匀强磁场中,其他电阻不计,当闭合开关后金属棒恰好静止于导轨上,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,
(1)求闭合开关后金属棒受到的摩擦力;
(2)若将电源正负极对调,其他条件不变,求电路接通后金属棒刚开始运动的加速度大小.

分析 (1)有闭合电路的欧姆定律求得电流,根据F=BIL求得受到的安培力,根据共点力平衡求得摩擦力;
(2)电源正负极对调后,金属棒中电流反向,安培力反向后摩擦力也反向,根据牛顿第二定律求得加速度

解答 解:(1)闭合开关后金属棒恰好静止于导轨上,即金属棒受力平衡且摩擦力为最大静摩擦力,如图1所示,则有:
由受力平衡得:F安=mgsin37°+fm①
其中:F安=BIL                      ②
由闭合电路欧姆定律得:I=$\frac{E}{r}$   ③
由①~③得:fm=4.0N,方向沿导轨平面向下    
(2)电源正负极对调后,金属棒中电流反向,金属棒刚开始运动时受力如图2所示,安培力反向后摩擦力也反向,则有:
由牛顿第二定律得:F安+mgsin37°-fm=ma     ④
由①~④得:a=12m/s2 
答:(1)闭合开关后金属棒受到的摩擦力为4N,方向沿导轨平面向下;
(2)若将电源正负极对调,其他条件不变,电路接通后金属棒刚开始运动的加速度大小12m/s2

点评 本题主要考查了在安培力作用下的共点力平衡即及牛顿第二定律,关键是利用左手定则判断出安培力的方向

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