题目内容

【题目】如图所示,水平光滑导轨足够长,导轨间距为,导轨间分布有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度为,导轨左端接有阻值为的电阻,电阻两端接一理想电压表。一金属棒垂直放在导轨上,其在轨间部分的电阻也为。现用一物块通过跨过定滑轮的轻绳从静止开始水平牵引金属棒,开始时,物块距地面的高度为,物块落地前的一小段时间内电压表的示数稳定为。已知物块与金属棒的质量相等,不计导轨电阻和滑轮质量与摩擦,导轨始终与金属棒垂直且紧密接触。求:

(1)金属棒的最大速度;

(2)物块的质量;

(3)棒从静止开始到物块刚要落地的过程中,电阻上产生的热量。

【答案】(1)(2) (3)

【解析】

(1)设金属棒的最大速度,根据法拉第电磁感应定律可得:

根据欧姆定律可得:

联立解得金属棒的最大速度:

(2)根据欧姆定律可得:

对棒分析,根据平衡条件可得:

安

而:

安

联立解得物块的质量:

(3)棒从静止开始到物块刚要落地的过程中,由能量守恒可得:

总

电阻上产生的热量:

总

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