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如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为,导轨平面与水平面的夹角=...

如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨MNPQ相距为,导轨平面与水平面的夹角=30°,导轨电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上.长为 的金属棒 垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为、电阻为r=R.两金属导轨的上端连接一个灯泡,灯泡的电阻RL=R,重力加速度为g.现闭合开关S,给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=mg的恒力,使金属棒由静止开始运动,当金属棒达到最大速度时,灯泡恰能达到它的额定功率.求:
(1)金属棒能达到的最大速度vm
(2)灯泡的额定功率PL
(3)金属棒达到最大速度的一半时的加速度a
(4)若金属棒上滑距离为L时速度恰达到最大,求金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热Qr

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(1)金属棒由静止开始先加速度减小的加速运动后做匀速运动时,速度达到最大,根据平衡条件和E=BLvm、I=、F安=BIL结合求出最大速度vm. (2)由题,金属棒达到最大速度时,灯泡恰能达到它的额定功率,只要求出金属棒匀速运动时的电流,即可由P=I2R求出灯泡的额定功率. (3)当金属棒达到最大速度的一半时,先求出安培力,再由牛顿第二定律求出加速度a. (4)根据能量守恒定律求出金属棒上产生的电热Qr. 【解析】 (1)金属棒匀速运动时速度最大,则有F=mgsinθ+F安 又E=BLvm、I==、F安=BIL 联立解得,vm== (2)由上得 I== 灯泡的额定功率为P=I2R= (3)金属棒达到最大速度的一半时,速度为v= 安培力为F安′= 根据牛顿第二定律得:F-mgsinθ-F安′=ma 联立解得,a=-gsinθ (4)根据能量守恒定律得:2QrQr++mg•4Lsinθ=F•4L 解得,QrQr=2FL-2mgLsinθ-2 答: (1)金属棒能达到的最大速度vm为. (2)灯泡的额定功率PL为. (3)金属棒达到最大速度的一半时的加速度a为-gsinθ. (4)金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热Qr为2FL-2mgLsinθ-2.
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考点分析:
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(1)C、O间的电势差UCO
(2)O点处的电场强度E的大小;
(3)小球p经过O点时的加速度;
(4)小球p经过与点电荷B等高的D点时的速度.

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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