摘要:(五)电磁感应中的单金属棒的运动及能量分析 13.如图所示.平行金属导轨与水平面成θ角.导轨与固定电阻R1和R2相连.匀强磁场垂直穿过导轨平面.有一导体棒ab.质量为m.导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等.与导轨之间的动摩擦因数为μ.导体棒ab沿导轨向上滑动.当上滑的速度为V时.受到安培力的大小为F.此时[ ] A.电阻R1消耗的热功率为Fv/3 B.电阻 R1消耗的热功率为Fv/6 C.整个装置因摩擦而消耗的热功率为μmgvcosθ D.整个装置消耗的机械功率为v 解析:由法拉第电磁感应定律得.回路总电流.安培力.所以电阻R1的功率.B选项正确.由于摩擦力.故因摩擦而消耗的热功率为.整个装置消耗的机械功率为.故CD两项也正确.即本题应选BCD. 点评:由能量守恒定律可知.装置消耗的机械能转化为电能和因克服摩擦而产生的内能.故消耗的机械功率为克服摩擦力做功的功率和克服安培力做功的功率之和.而整个回路消耗的电功率为克服安培力做功的功率.据电路的分流关系.即可求出每个电阻所消耗功率. 14.如图所示.固定的水平光滑金属导轨.间距为L.左端接有阻值为R的电阻.处在方向竖直.磁感应强度为B的匀强磁场中.质量为m的导体棒与固定弹簧相连.放在导轨上.导轨与导体棒的电阻均可忽略.初始时刻.弹簧恰处于自然长度.导体棒具有水平向右的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中.导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触. (1)求初始时刻导体棒受到的安培力, (2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时.弹簧的弹性势能为EP.则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少? (3)导体棒往复运动.最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中.电阻R上产生的焦耳热Q为多少? 解析:(1)初始时刻棒中感应电动势:.棒中感应电流:.作用于棒上的安培力 联立以是各式可得.方向:水平向左 (2)由功能的关系可知.克服安培力所做的功即为产生电能的量.也即是电阻R上产生的热量. .由于此过程中.导体棒克服安培力做功.故有. 所以 (3)由于导轨是光滑的.所以导体棒最终静止于初始位置.则据功能关系有: 点评:在电磁感应问题中.求解产生热量的问题.一般是通过对能量转化的分析.然后利用功能关系进行求解的.解题关键是要在宏观上做好能量转化的分析.本题从最终状态来看是弹性势能转化为电能. 15.图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨.间距为0.40m.电阻不计.导轨所在平面与磁感应强度B为0.50T的匀强磁场垂直.质量m为kg.电阻为的金属杆始终垂直于导轨.并与其保持光滑接触.导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为的电阻R1.当杆达到稳定状态时以速率匀速下滑.整个电路消耗的电功率P为0.27W.重力加速度取.试求速率和滑动变阻器接入电路部分的阻值. 解析:当ab棒匀速下滑时.是导体棒的重力势能转化为电能.则由能量守恒定律可知:重力做功的功率等于回路消耗的电能.即有: 代入数据解得.又 设电阻与的并联电阻为.棒的电阻为.则有: 据闭合电路欧姆定律有:.回路消耗的总功率为: 联立以上各式.并代入数据可解得: 点评:解答此题的关键是要通过对能量转化的分析.利用能量守恒定律找出功率的定量关系.同时也要分析清楚电路的联结情况.在电路中表示出总功率.进而联立求解出R2.

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