题目内容

12.某同学设计了一套电磁阻尼测速仪.如图所示,MN、PQ为两根水平固定放置的平行长直光滑的金属导轨,导轨间距为L,用电阻R1将导轨左端MP相连,导轨间加有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.金属棒CD放置导轨上,棒的右侧固定一绝缘物块,棒CD的电阻为R2,棒与物块的总质量为2m.现用玩具手枪对准物块的正中间射出一质量为m、速度为v0的子弹,子弹击中物块后,棒与物块一起向左移动x距离停止运动,假设棒与导轨接触良好且不转动,子弹击中物块的时间很短且停留在物块内部.求:
(1)子弹击中物块后瞬间金属棒的速度v的大小;
(2)从棒开始运动到停止的过程中,金属棒产生的焦耳热Q2;
(3)金属棒滑行距离x与子弹的初速度v0的函数关系式.

分析 (1)根据动量守恒定律求子弹击中物块瞬间棒的速度v.
(2)运用能量守恒定律求出回路中产生的总的焦耳热,再按比例求棒产生的焦耳热Q;
(3)对棒应用动量定理可以求出距离x与子弹的初速v0的函数关系式.

解答 解:(1)子弹击木块过程系统动量守恒,以向左为正方向,
根据动量守恒定律得:mv0=(2m+m)v,解得:v=$\frac{1}{3}$v0;
(2)由能量守恒定律得:Q1+Q2=$\frac{1}{2}$(2m+m)v2,
$\frac{{Q}_{1}}{{Q}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$,解得:Q2=$\frac{{R}_{1}m{v}_{0}^{2}}{6({R}_{1}+{R}_{2})}$;
(3)设棒从开始运动到停止过程的时间为△t,
对棒,根据动量定理得:-B$\overline{I}$L△t=0-(2m+m)v,
平均感应电流:$\overline{I}$=$\frac{\overline{E}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$,
平均感应电动势:$\overline{E}$=$\frac{△Φ}{△t}$=$\frac{BLx}{△t}$,
解得:x=$\frac{3m{v}_{0}({R}_{1}+{R}_{2})}{{B}^{2}{L}^{2}}$;
答:(1)子弹击中物块后瞬间金属棒的速度v的大小为$\frac{1}{3}$v0;
(2)从棒开始运动到停止的过程中,金属棒产生的焦耳热Q2为$\frac{{R}_{1}m{v}_{0}^{2}}{6({R}_{1}+{R}_{2})}$;
(3)金属棒滑行距离x与子弹的初速度v0的函数关系式为:x=$\frac{3m{v}_{0}({R}_{1}+{R}_{2})}{{B}^{2}{L}^{2}}$.

点评 本题是含有非弹性碰撞的过程,是电磁感应与力学知识的综合,分析清楚题意与物体的运动过程是解题的前提与关键,应用动量守恒定律、能量守恒定律与动量定理可以解题.

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