题目内容

(2009?崇文区一模)如图所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上.导轨和金属杆的电阻可忽略.让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑,经过一段时间后,金属杆达到最大速度vm,在这个过程中,电阻R上产生的热量为Q.导轨和金属杆接触良好,重力加速度为g.求:
(1)金属杆达到最大速度时安培力的大小;
(2)磁感应强度的大小;
(3)金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中杆下降的高度.
分析:(1)当金属杆达到最大速度时,杆受力平衡,根据平均条件列式即可求解;
(2)根据Em=BLVm求出当杆达到最大速度时的感应电动势,根据欧姆定律求出最大电流,再结合安培力公式即可求解B;
(3)设金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度为h,由能量守恒定律列式即可求解.
解答:解:(1)设金属杆受安培力FA,当金属杆达到最大速度时,杆受力平衡FAm=mgsinθ
(2)当杆达到最大速度时,感应电动势为Em,感应电流为 Im
Em=BLVm
根据欧姆定律得:Im=
BLvm
R

由 FAm=BImL            
B=
Fm
ImL

解得 B=
mgRsinθ
vmL2

(3)设金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度为h
由能量守恒   mgh=
1
2
mvm2+Q

得   h=
m
v
2
m
+2Q
2mg

答:(1)金属杆达到最大速度时安培力的大小为mgsinθ;
(2)磁感应强度的大小为
mgRsinθ
vmL2
;
(3)金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中杆下降的高度为
m
v
2
m
+2Q
2mg
.
点评:本题考查了电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒定律的直接应用,涉及到电动势、安培力等的计算,难度适中.
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