题目内容

如图所示，间距为L的两条足够长的平行金属导轨MN，PQ与水平面夹角为a，导轨的电阻不计，导轨的N、P端连接一阻值为R的电阻，导轨置于磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中．将一根质量为m、电阻为r的导体棒垂直放在导轨上，导体棒ab恰能保持静止．现给导体棒一个大小为v0、方向沿导轨平面向下的初速度，然后任其运动，导体棒在运动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好．设导体棒所受滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等，求：
（1）导体棒与导轨间的动摩擦因数μ；
（2）在整个运动过程中电阻R上产生的焦耳热；
（3）导体棒在导轨上移动的最大距离．
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（1）导体棒处于平衡状态，由受力平衡得
mgsinα=μmgcosα      ①
解得动摩擦因数：μ=tanα    ②
故导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=tanα．
（2）导体棒在安培力作用下减速运动，最后静止在导轨上，且摩擦力所做的功和重力所做的功相等，故由能量守恒定律得整个电路中的焦耳热
Q=
1
2
m
v20
    ③
由电路知识得电阻r和R串联电流时刻相等，故电阻R上的热量
QR=
R
R+r
Q=
mR
v20
2(R+r)
   ④
故在整个运动过程中电阻R上产生的焦耳热为：QR=
mR
v20
2(R+r)
．
（3）设导体棒在减速中的某一时刻速度为υ，取一极短时间△t，发生了一段极小的位移△x，在△t时间内，磁通量的变化量为△Φ，则有：
△Φ=BL△x   ⑤
电路中的电流：I=
E
r+R
=
△Φ
(R+r)△t
   ⑥
导体棒受到的安培力：F=BIL   ⑦
△t很小，则安培力为恒力，选沿斜面方向为正方向，由动量定理
-F△t=m△v   ⑧
联立⑤⑥⑦⑧解得：-
B2L2△x
(R+r)
=m△v    ⑨
对⑨式两边求和有：∑( -
B2L2△x 
(R+r)
) =∑(m△v)   ⑩
解得导体棒下滑的总距离：x=∑△x=
m(R+r)
B2L2
∑△v=
mv0(R+r)
B2L2 

故导体棒在导轨上移动的最大距离为：x=
mv0(R+r)
B2L2
．
练习册系列答案
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如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨，水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，一端接阻值是R的电阻．一电阻是R0，质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力F作用下从t=0的时刻开始运动，不计导轨电阻，
（1）若其以速度V匀速运动，求通过电阻的电流I．
（2）若其速度随时间的变化规律是v=vmsinωt，求从t=0到t=
π2ω
时间内外力F所做的功．
（2011?珠海一模）如图所示，间距为L的平行金属导轨上，有一电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好．导轨左端连接电阻R，其它电阻不计，磁感应强度为B，金属捧ab以速度v向右作匀速运动，则（　　）
精英家教网如图所示，间距为L的两条足够长的平行金属导轨MN，PQ与水平面夹角为a，导轨的电阻不计，导轨的N、P端连接一阻值为R的电阻，导轨置于磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中．将一根质量为m、电阻为r的导体棒垂直放在导轨上，导体棒ab恰能保持静止．现给导体棒一个大小为v0、方向沿导轨平面向下的初速度，然后任其运动，导体棒在运动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好．设导体棒所受滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等，求：
（1）导体棒与导轨间的动摩擦因数μ；
（2）在整个运动过程中电阻R上产生的焦耳热；
（3）导体棒在导轨上移动的最大距离．
如图所示，间距为l的平行金属导轨LMN和OPQ分别固定在两个竖直面内，电阻为R、质量为m、长为l 的相同导体杆ab和cd分别放置在导轨上，并与导轨垂直．在水平光滑导轨间有与水平面成θ、并垂直于ab的匀强磁场；倾斜导轨间有沿斜面向下的匀强磁场，磁感应强度均为B．倾斜导轨与水平面夹角也为θ，杆cd与倾斜导轨间动摩擦因素为μ．ab杆在水平恒力作用精英家教网下由静止开始运动，当cd刚要滑动时ab恰达到最大速度．（θ=30、μ=、最大静摩擦力等于滑动摩擦力）求：
（1）此时杆cd中的电流大小；
（2）杆ab的最大速度；
（3）若此过程中流过杆ab的电量为q，则cd产生的焦耳热Q为多大？
精英家教网如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨水平放置，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于导轨平面向下．导轨上有一质量为m、长为L的金属棒ab，金属棒电阻为R，导轨的一端连接阻值也为R的电阻，导轨电阻不计，金属棒ab在一水平恒力F作用下由静止开始向右运动，棒与导轨始终保持良好接触．求：
（1）金属棒最大速度υm的大小；
（2）金属棒速度最大时棒两端的电压uab．

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