如圖所示,兩根電阻不計、相距L且足夠長的平行光滑導軌與水平面成 θ 角,導軌處在磁感應強度B的勻強磁場中,磁場方向垂直導軌平面斜向上,導軌下端連接阻值為R的電阻.現(xiàn)讓一質量為m,電阻也為R、與導軌接觸良好的水平金屬棒ab從靜止開始下滑,ab下滑距離s后開始勻速運動,重力加速度為g.求:
(1)ab棒勻速下滑時速度v的大。
(2)ab棒從靜止至開始勻速下滑的過程中,ab棒上產(chǎn)生的熱量.
分析:(1)當金屬棒受到的合力為零時,金屬棒勻速下滑,由安培力公式與平衡條件可以求出金屬棒勻速運動時的速度.
(2)由能量守恒定律可以求出金屬棒常識的熱量.
解答:解:(1)金屬棒受到的安培力:
F=BIL=B
E
R+R
L=B
BLv
2R
L=
B2L2v
2R

金屬棒勻速運動時,處于平衡狀態(tài),
由平衡條件得:
B2L2v
2R
=mgsinθ,
金屬棒勻速運動的速度:v=
2mgRsinθ
B2L2
;
(2)ab棒與電阻R串聯(lián),通過它們的電流I相等,
電阻阻值相同,它們產(chǎn)生的熱量Q相等,
由能量守恒定律得:mgssinθ=
1
2
mv2+2Q,
ab棒上產(chǎn)生的熱量:Q=
1
2
mgssinθ-
1
4
mv2=
mgssinθ
2
-
m3g2R2(sinθ)2
B4L4

解:(1)ab棒勻速下滑時速度v的大小為
2mgRsinθ
B2L2
;(2)ab棒從靜止至開始勻速下滑的過程中,ab棒上產(chǎn)生的熱量
mgssinθ
2
-
m3g2R2(sinθ)2
B4L4
點評:本題是導體在導軌上滑動類型,從力和能量兩個角度研究,關鍵要掌握法拉第定律、歐姆定律、能量守恒等等基本規(guī)律,并能正確運用.
練習冊系列答案
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(1)ab棒速度v的大。
(2)ab棒下滑的距離s.

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,整個過程中通過電阻R1的電量為
 
.(已知重力加速度為g)

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