题目内容
如图所示,竖直平面内有无限长、不计电阻的两组平行光滑金属导轨,宽度均为L=0.5m,上方连接一个阻值R=1Ω的定值电阻,虚线下方的区域内存在磁感应强度B=2T的匀强磁场。完全相同的两根金属杆1和2靠在导轨上,金属杆与导轨等宽且与导轨接触良好,电阻均为r=0.5Ω。将金属杆1固定在磁场的上边缘(仍在此磁场内),金属杆2从磁场边界上方h0=0.8m处由静止释放,进入磁场后恰作匀速运动。求:
(1)金属杆2进入磁场时的速度。
(2)金属杆的质量m为多大?
(3)若金属杆2从磁场边界上方h1=0.2m处由静止释放,进入磁场经过一段时间后开始匀速运动。在此过程中整个回路产生了1.4J的电热,则此过程中流过电阻R的电量q为多少?
(4)金属杆2仍然从离开磁场边界h1=0.2m处由静止释放,在金属杆2进入磁场的同时由静止释放金属杆1,两金属杆运动了一段时间后均达到稳定状态,试求两根金属杆各自的最大速度。(已知两个电动势分别为E1、E2不同的电源串联时,电路中总的电动势E=E1+E2。)
解答与评分标准:
(1)金属杆2进入磁场前做自由落体运动,
vm=
=
m/s=4m/s (2分)
(2)金属杆2进入磁场后受两个力平衡:mg=BIL, (1分)
且E=BLvm,
(1分)
解出m=
=
=0.2kg (1分)
(3)金属杆2从下落到再次匀速运动的过程中,能量守恒(设金属杆2在磁场内下降h2):mg(h1+h2)=
+Q (1分)
解出h2=
1=……=1.3m (1分)
金属杆2进入磁场到匀速运动的过程中,
,
,q=
(1分)
解出q=
c=0.65c (1分)
(4)金属杆2刚进入磁场时的速度v==
m/s=2m/s (1分)
释放金属杆1后,两杆受力情况相同,且都向下加速运动,合力等于零时速度即最大。
mg=BIL,且
, E1=BLv1,E2=BLv2 (1分)
整理得到:v1+ v2=
,代入数据得v1+ v2=4 m/s……………… ① (1分)
因为两个金属杆任何时刻受力情况相同,因此任何时刻两者的加速度也都相同,在相同时间内速度的增量也必相同,即:v1-0 =v2- v
代入数据得v2= v1+2……………… ② (1分)
(画出v-t图,找到两者速度差值(v2-v1)恒为2m/s的,同样给分)
②两式联立求出:v1=1m/s,v2=3m/s (1分)
| A、小环从A点运动到B点的过程中,弹簧的弹性势能先减小后增大 | ||
| B、小环从A点运动到B点的过程中,小环的电势能一直增大 | ||
C、电场强度的大小E=
| ||
D、小环在A点时受到大环对它的弹力大小F=mg+
|