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如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN.导轨平面与水...

如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=5Ω的电阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感强度为B=1T.将一根质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻均不计.现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度,cd距离NQ为s=1m.试解答以下问题:(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)请定性说明金属棒在达到稳定速度前的加速度和速度各如何变化?
(2)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大?
(3)金属棒达到的稳定速度是多大?
(4)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,让磁感强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则磁感强度B应怎样随时间t变化(写出B与t的关系式)?

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(1)要分析金属棒的加速度和速度如何变化,就必须分析棒的受力情况.金属棒释放后向下滑动切割磁感线,产生感应电流,出现安培阻力,安培力与速度大小成正比,开始阶段,安培力小于重力的下滑分力,棒做加速运动,安培力增大,加速度减小. (2)当棒做匀速直线运动时达到稳定速度时,根据受力平衡与安培力大小表达式,即可求解电流; (3)根据法拉第电磁感应定律,闭合电路欧姆定律相结合,从而即可求解稳定时的速度; (4)根据磁通量不变,不产生感应电流,棒不受安培力,做匀加速运动,由牛顿第二定律得到棒的位移与时间的关系,根据任意时刻的回路的磁通量等于t=0时刻的磁通量列式,即可求解. 【解析】 (1)在棒达到稳定速度前,金属棒的加速度逐渐减小,速度逐渐增大. (2)棒做匀速直线运动时达到稳定速度时,此时棒所受的安培力  FA=BIL 由平衡条件得  mgsinθ=FA+μmgcosθ 联立得   (3)由E=BLv、得 金属棒达到的稳定速度 (4)当回路中的总磁通量不变时,金属棒中不产生感应电流.此时金属棒不受安培力,将沿导轨做匀加速运动. 由牛顿第二定律得 mgsinθ-μmgcosθ=ma 得棒的加速度为  a=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.6-0.5×0.8)m/s2=2m/s2 则有  得 答: (1)在达到稳定速度前,金属棒的加速度逐渐减小,速度逐渐增大. (2)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流为0.2A. (3)金属棒达到的稳定速度是2m/s. (4)磁感强度B随时间t变化的关系式为B=.
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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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