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如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=...

如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=30°,导轨上端跨接一定值电阻R,导轨电阻不计.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上,且与导轨保持电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为r,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,当金属棒沿导轨下滑距离为s时,速度达到最大值vm.求:
(1)金属棒开始运动时的加速度大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小;
(3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,电阻R上产生的电热.

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(1)对金属棒开始运动时进行受力分析,受到重力、支持力,然后根据牛顿第二定律求出加速度的大小. (2)当棒子开始运动时,又会受到水平向右的安培力,棒子做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到0时,速度达到最大.根据最终达到平衡,列出平衡方程,求出磁感应强度. (3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,重力势能减小,动能增加,内能增加,根据能量守恒先求出整个电路产生的热量,再求出电阻R上产生的热量. 【解析】 (1)金属棒开始运动时的加速度大小为a,由牛顿第二定律有    mgsinα=ma① 解得  a=gsinα (2)设匀强磁场的磁感应强度大小为B,则金属棒达到最大速度时 产生的电动势  E=BLvmcosα   ② 回路中产生的感应电流  ③ 金属棒棒所受安培力  F=BIL ④ cd棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则      Fcosα=mgsinα⑤ 由②③④⑤式解得   (3)设电阻R上产生的电热为Q,整个电路产生的电热为Q总,则 ⑥ ⑦ 由⑥⑦式解得  .
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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