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如图所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨...

如图所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上.导轨和金属杆的电阻可忽略.让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑,经过足够长的 时间后,金属杆达到最大速度vm,在这个过程中,电阻R上产生的热量为Q.导轨和金属杆接触良好,它们之间的动摩擦因数为μ,μ<tanθ.已知重力加速度为g.
(1)求磁感应强度的大小;
(2)求金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度.

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(1)金属杆先沿导轨向下做加速度减小的变加速运动,后做匀速运动,速度达到最大值,此时金属杆受力平衡,根据平衡条件和安培力公式,求出磁感应强度B的大小. (2)金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中,其重力势能减小,转化为杆的动能、摩擦生热和电路中的焦耳热,根据能量守恒定律求解杆下降的高度. 【解析】 (1)当ab匀速运动时,金属杆的受力图如图所示(从前向后看的视图):图中Ff为滑动摩擦力,FN为斜面支持力,F安为感应电流的安培力,mg为导体棒的重力.这时导体棒匀速直线运动,其所受的合力为零,则有:   mgsinθ=Ff+F安   FN=mgcosθ, 由滑动摩擦力公式:Ff=μFN, 由安培力公式F安=BIL,由欧姆定律I=,由法拉第电磁感应定律得E=BLvm,得F安= 解得:B= (2)由能量守恒知,导体棒减少的重力势能,转化为动能、内能和电能,电能通过电阻R又转化为热量. 所以满足:mgh=m+Q+μmgscosθ, h=ssinθ 解得金属棒下降的高度为h= 答:(1)磁感应强度的大小是; (2)金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度是.
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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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