题目内容

如图所示,有一区域足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,磁场方向与水平放置的导轨垂直.导轨宽度为L,右端接有电阻R.MN是一根质量为m的金属棒,金属棒与导轨垂直放置,且接触良好,金属棒与导轨电阻均不计.金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ,现给金属棒一水平初速度v0,使它沿导轨向左运动.已知金属棒停止运动时位移为x.求:
(1)金属棒速度为v时的加速度为多大?
(2)金属棒运动过程中通过电阻R的电量q;
(3)金属棒运动过程中回路产生的焦耳热Q.
分析:金属棒沿导轨向左运动,切割磁感线产生感应电流,金属棒受到安培力,做减速运动直到停止.求出安培力,可由牛顿第二定律求出加速度.根据法拉弟定律求解电量.由能量守恒定律研究热量.
解答:解:(1)金属棒速度为v时
    产生的感应电动势为E=BLv
    感应电流   I=
E
R

   金属棒受到的安培力F=BIL=
B2L2v
R

   根据牛顿第二定律,得
       a=
F+μmg
m
=
F
m
+μg
=
B2L2v
mR
+μg

   (2)金属棒运动过程中通过电阻R的电量q=I?△t
    根据法拉弟电磁感应定律
      E=
△φ
△t
,
      又I=
E
R

     得到q=φ
△φ
R
=
BLx
R

    (3)根据能量守恒定律,得
      回路产生的焦耳热Q=
1
2
m
v
2
0
-μmgx

答:(1)金属棒速度为v时的加速度为
B2L2v
mR
+μg

    (2)金属棒运动过程中通过电阻R的电量为
BLx
R
;
   (3)金属棒运动过程中回路产生的焦耳热Q=
1
2
m
v
2
0
-μmgx
.
点评:本题应用到电磁感应、右手定则、左手定则、牛顿定律、能量守恒定律等知识,要培养分析问题和解决综合题的能力.
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