如圖所示,傾角為θ=37°、電阻不計(jì)的、間距L=0.3m且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌處在磁感強(qiáng)度B=1T、方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場中.導(dǎo)軌兩端各接一個(gè)阻值R0=2Ω的電阻.在平行導(dǎo)軌間跨接一金屬棒,金屬棒質(zhì)量m=1kg電阻r=2Ω,其與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5.金屬棒以平行于導(dǎo)軌向上的初速度υ0=10m/s上滑直至上升到最高點(diǎn)的過程中,通過上端電阻的電量△q=0.1C(sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2).
(1)金屬棒的最大加速度;
(2)上端電阻R0中產(chǎn)生的熱量.
分析:(1)導(dǎo)體棒向下滑動(dòng)過程中,受到重力、軌道的支持力、滑動(dòng)摩擦力和安培力,安培力隨著速度的增大而增大,可知,ab剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)有最大的加速度.
(2)當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),速度最大,由能量守恒定律求出電阻中產(chǎn)生的熱量.
解答:解:(1)金屬棒在上升的過程,切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=BLυ,
回路的總電阻為:R=r+
R0
2
=
2r+R0
2
=3Ω

回路中的感應(yīng)電流為:I=
E
R
=
BLυ
R

金屬棒受到平行于導(dǎo)軌向下的安培力為:FB=IBL=
B2L2υ
R

金屬棒還受到平行于導(dǎo)軌向下的力有mgsinθ、滑動(dòng)摩擦力為:f=μmgcosθ
由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知:mgsinθ+μmgcosθ+
B2L2υ
R
=ma

金屬棒上升過程中的最大加速度對應(yīng)的是金屬棒的最大速度,金屬棒上升過程做減速運(yùn)動(dòng),所以金屬棒上升過程中的最大加速度就是速度為υ0的瞬間有:amax=g(sinθ+μcosθ)+
B2L2υ0
mR

代入數(shù)據(jù)后得最大加速度為:amax=10.3m/s2
(2)金屬棒上升到最高點(diǎn)的過程中,通過上端電阻的電量△q=0.1C,即金屬棒中通過的電量為2△q,設(shè)金屬棒中的平均電流為為:
.
I
=
.
E
R
=
△φ
R△t
=
BL△smax
R△t

通過金屬棒的電量為:
.
I
△t=
BL△smax
R
=2△q

金屬棒沿導(dǎo)軌上升的最大距離為:smax=
2R△q
BL

代入數(shù)據(jù)后得:△smax=2m
上端電阻與下端電阻相等,并聯(lián)后電阻為1Ω,再與金屬棒的電阻r=2Ω串聯(lián),外電路是產(chǎn)生的焦耳熱為全電路焦耳熱的
1
3
,上端電阻的焦耳熱Q又為外電路焦耳熱的
1
2
,全電路產(chǎn)生的焦耳熱為6Q.由能量守恒可知:
mg(sinθ+μcosθ)smax+6Q=
1
2
m
υ
2
0

Q=
1
12
m
υ
2
0
-
1
6
mg(sinθ+μcosθ)smax

代入數(shù)據(jù)后得:Q=5J
答:(1)金屬棒的最大加速度為10.3m/s2;
(2)上端電阻R0中產(chǎn)生的熱量為5J.
點(diǎn)評:電磁感應(yīng)中導(dǎo)體切割引起的感應(yīng)電動(dòng)勢在考試中涉及較多,關(guān)鍵要正確分析導(dǎo)體棒受力情況,運(yùn)用平衡條件、功能關(guān)系進(jìn)行求解.
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相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,傾角為θ的斜面處于豎直向下的勻強(qiáng)電場中,在斜面上某點(diǎn)以初速度為v0水平拋出一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電小球,小球在電場中受到的電場力與小球所受的重力相等,地球表面重力加速度為g,設(shè)斜面足夠長.問:
(1)小球經(jīng)多長時(shí)間落到斜面?
(2)從水平拋出至落到斜面的過程中,小球的電勢能如何變化?變化了多少?

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,傾角為37°、足夠長的斜面體固定在水平地面上,小木塊在沿斜面向上的恒定外力F作用下,從斜面上的A點(diǎn)由靜止開始向上作勻加速運(yùn)動(dòng),前進(jìn)了4.0m抵達(dá)B點(diǎn)時(shí),速度為8m/s.已知木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,木塊質(zhì)量m=1kg.g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
(1)木塊所受的外力F多大?
(2)若在木塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去外力F,求木塊還能沿斜面上滑的距離S;
(3)為使小木塊再次通過B點(diǎn)的速率為
8
5
5
m/s,求恒力F連續(xù)作用的最長時(shí)間t.

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,傾角為θ的斜面上有一質(zhì)量為m的物體,在水平推力F的作用下移動(dòng)了距離s,如果物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則推力所做的功為( 。

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(2008?武昌區(qū)模擬)如圖所示,傾角為θ=30°的光滑絕緣斜面處于電場中,斜面AB長為L,一帶電量為+q、質(zhì)量為m的小球,以初速度υ0由斜面底端的A點(diǎn)開始沿斜面上滑,到達(dá)斜面頂端的速度仍為υ0,則( 。

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科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,傾角為α的光滑斜面與半徑為R=0.4m的半圓形光滑軌道在同一豎直平面內(nèi),其中斜面與水平面BE光滑連接,水平面BE長為L=0.4m,直徑CD沿豎直方向,C、E可看作重合.現(xiàn)有一可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從斜面上距B點(diǎn)豎直距離為H的地方由靜止釋放,小球在水平面上所受阻力為其重力的
15
.(取g=10m/s2
(1)若要使小球經(jīng)E處水平進(jìn)入圓形軌道且能沿軌道運(yùn)動(dòng),H至少要有多高?若小球恰能沿軌道運(yùn)動(dòng),那么小球在水平面DF上能滑行多遠(yuǎn)?
(2)若小球釋放處離B點(diǎn)的高度h小于(1)中H的最小值,小球可擊中與圓心等高的G點(diǎn),求此h的值.

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