如圖所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L。M、P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直。整套裝置處于勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向上。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略。讓金屬桿ab沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿達(dá)到最大速度vm，在這個過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q。導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，它們之間的動摩擦因數(shù)為μ且μ＜ tanθ。已知重力加速度為g。

（1）求磁感應(yīng)強度的大��；

（2）金屬桿在加速下滑過程中，當(dāng)速度達(dá)到v1(v1＜vm)時，求此時桿的加速度大小；

（3）求金屬桿從靜止開始至達(dá)到最大速度的過程中下降的高度。

 

（1）（2）（3）

解析:

當(dāng)ab勻速運動時的受力圖如右圖所示（從前向后看的視圖）：圖中Ff為滑動摩擦力，FN為斜面支持力，F安為感應(yīng)電流的安培力，mg為導(dǎo)體棒的重力。這時導(dǎo)體棒勻速直線運動，其所受的合力為零，滿足下面方程：

，                (2分)

，                  (1分)

由滑動摩擦力公式：，       (1分)

由安培力公式，            (1分)

由歐姆定律I＝E/R，                 (1分)

由電磁感應(yīng)定律得E＝BLvm，          (1分)

以上六式解得：           （1分）

（2）當(dāng)導(dǎo)體棒的速度為v1時，由牛頓第二定律得：

，其中為速度時v1時導(dǎo)體棒中的電流。   (2分)

而＝BLv1/R，                                                        (1分)

代入上式解得加速度a＝                       （1分）

（3）由能量守恒知，導(dǎo)體棒減少的重力勢能，轉(zhuǎn)化為動能和電能，電能通過電阻R又轉(zhuǎn)化為熱量。所以滿足：，其中為克服摩擦力做的功，         (2分)

，，                                   (1分)

解得金屬棒下降的高度為                           （1分）

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，導(dǎo)軌的下端接有電阻．當(dāng)導(dǎo)軌所在空間沒有磁場時，使導(dǎo)體棒ab以平行導(dǎo)軌平面的初速度v0沖上導(dǎo)軌平面，ab上升的最大高度為H；當(dāng)導(dǎo)軌所在空間存在方向與導(dǎo)軌平面垂直的勻強磁場時，再次使ab以相同的初速度從同一位置沖上導(dǎo)軌平面，ab上升的最大高度為h．兩次運動中導(dǎo)體棒ab始終與兩導(dǎo)軌垂直且接觸良好．關(guān)于上述情景，下列說法中正確的是（　�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面的夾角為α=30°，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)軌處在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的有界勻強磁場中．兩根電阻都為R=2Ω、質(zhì)量都為m=0.2kg的完全相同的細(xì)金屬棒ab和cd垂直導(dǎo)軌并排靠緊的放置在導(dǎo)軌上，與磁場上邊界距離為x=1.6m，有界勻強磁場寬度為3x=4.8m．先將金屬棒ab由靜止釋放，金屬棒ab剛進(jìn)入磁場就恰好做勻速運動，此時立即由靜止釋放金屬棒cd，金屬棒cd在出磁場前已做勻速運動．兩金屬棒在下滑過程中與導(dǎo)軌接觸始終良好（取重力加速度g=10m/s2）．求：
（1）金屬棒ab剛進(jìn)入磁場時棒中電流I；
（2）金屬棒cd在磁場中運動的過程中通過回路某一截面的電量q；
（3）兩根金屬棒全部通過磁場的過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間的距離為L，導(dǎo)軌上橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd．設(shè)兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，導(dǎo)軌光滑且電阻不計，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強磁場，磁感強度為B．開始時ab和cd兩導(dǎo)體棒有方向相反的水平初速，初速大小分別為v0和2v0，求：
（1）從開始到最終穩(wěn)定回路中產(chǎn)生的焦耳熱．
（2）當(dāng)ab棒的速度大小變?yōu)?span id="fnbvpzf" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
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，回路中消耗的電功率的可能值．

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，兩根足夠長且平行的光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成53°夾角固定放置，導(dǎo)軌間連接一阻值為6Ω的電阻R，導(dǎo)軌電阻忽略不計．在兩平行虛線m、n間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場．導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為ma=0.4kg，電阻Ra=3Ω；導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為mb=0.1kg，電阻Rb=6Ω；它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好．a(chǎn)、b從開始相距L0=0.5m處同時將它們由靜止開始釋放，運動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域，當(dāng)b剛穿出磁場時，a正好進(jìn)入磁場（g取10m/s2，不計a、b之間電流的相互作用）．求：
（1）當(dāng)a、b分別穿越磁場的過程中，通過R的電荷量之比；
（2）在穿越磁場的過程中，a、b兩導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小之比；
（3）磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d為多大；
（4）在整個過程中，產(chǎn)生的總焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2011?湖南模擬）如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為l=0.5m，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°，整個導(dǎo)軌平面處于勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度大小B=0.4T，方向垂直導(dǎo)軌平面，在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置兩金屬棒ab和cd，長度均為0 5m，cd棒的質(zhì)量m=0.2kg、電阻R=0.2Ω，不計ab棒和金屬導(dǎo)軌的電阻，兩棒與金屬導(dǎo)軌接觸良好且可沿導(dǎo)軌自由滑動．現(xiàn)ab棒在外力作用下，始終以恒定速度v=1.5m/s沿著導(dǎo)軌向上滑動，cd棒則由靜止釋放，g取10m/s2．求：
（1）剛釋放cd棒時cd棒所受合力的大小和方向；
（2）閉合回路中的最大電流和金屬棒cd的最終速度．

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