题目内容

如图所示,ABCD是足够长的平行光滑导轨,其间距为l,导轨平面与水平面的夹角为θ。整个装置处在磁感应强度为B方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。AC端连有电阻值为R的电阻。若将一质量M,垂直于导轨的金属棒EF在距BDs处由静止释放,在EF棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段。今用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把EF棒从BD位置由静止推至距BDs处,突然撤去恒力F,棒EF最后又回到BD端。(金属棒、导轨的电阻均不计)求:

(1)EF棒下滑过程中的最大速度;

(2)EF棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有多少电能转化成了内能?

 

(1)vm=

(2)ΔE=Fs-M2


解析:

(1)如图所示,当EF从距BDs处由静止开始滑至BD的过程中,受力情况如图所示。

安培力:F=BIl=B…………………………(2分)

根据牛顿第二定律:a=①…………(2分)

所以,EF由静止开始做加速度减小的变加速运动。当a=0时速度达到最大值vm

由①式中a=0有:Mgsinθ-B2l2vm/R=0    ②

vm= 。 ………………………………………(2分)

(2)由恒力F推至距BDs处,棒先减速至零,然后从静止下滑,在滑回BD之前已达最大速度vm开始匀速。…………………………………………(2分)

EF棒由BD从静止出发到再返回BD过程中,转化成的内能为ΔE。根据能的转化与守恒定律:

Fs-ΔE=Mvm2

ΔE=Fs-M2 。……………………………(2分)

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