Question

【題目】如圖所示，MN、PQ為足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌，間距L=0.5m，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角NQ⊥MN，NQ間連接有一個(gè)R=3Ω的電阻，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為將—根質(zhì)量為的金屬棒緊靠MQ放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的電阻其余部分電阻不計(jì)，現(xiàn)由靜止釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過程中始終與NQ平行，已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)當(dāng)金屬棒滑行至處時(shí)速度大小開始保持不變，距離NQ為，試解答以下問題:(參考數(shù)據(jù):)

（1）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的速度是多大？

（2）從靜止開始直到達(dá)到穩(wěn)定速度的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量是多少？

（3）若將金屬棒滑行至處的時(shí)刻記作從此時(shí)刻起，讓磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，可使金屬棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為多大？

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

（1）在達(dá)到穩(wěn)定速度前，金屬棒的加速度逐漸減小，速度逐漸增大，達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)，有：




由以上四式并代入已知數(shù)據(jù)，得：；

（2）根據(jù)能量守恒得，重力勢(shì)能減小轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能和回路中產(chǎn)生的焦耳熱，有：

電阻上產(chǎn)生的熱量：

解得：；

（3）當(dāng)回路中的總磁通量不變時(shí)，金屬棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流．此時(shí)金屬棒將沿導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動(dòng)，故：
設(shè)時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度為，則：，而且：

故時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為：。