Question

如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1 m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ=37°角，下端連接阻值為R的電阻.勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，質(zhì)量為0.2 kg、電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)為0.25.

（1）求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大��；

（2）當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為8 W，求該速度的大��；

（3）在上問中，若R=2 Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向？（g取10 m/s²,sin37°=0.6,cos37°=0.8）

Answer 1

（1）4 m/s²  （2）10 m/s 

（3）0.4 T   方向垂直導(dǎo)軌平面向上

解析：（1）金屬棒開始下滑的初速度為零，根據(jù)牛頓第二定律

mgsinθ-μmgcosθ=ma                                                          ①

由①式解得a=4 m/s².                                                         ②

（2）設(shè)金屬棒運(yùn)動達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，速度為v，所受安培力為F，棒在沿導(dǎo)軌方向受力平衡

mgsinθ-μmgcosθ-F=0                                                          ③

此時(shí)金屬棒克服安培力做功的功率等于電路中電阻R消耗的電功率：P=Fv           ④

由③④兩式解得v=.                                               ⑤

（3）設(shè)電路中電流為I，兩導(dǎo)軌間金屬棒的長為l，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

                                                                    ⑥

P=I²R                                                                       ⑦

由⑥⑦兩式解得B=0.4 T

磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上.