Question

光滑的平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)L＝2 m，兩導(dǎo)軌間距d＝0.5 m，軌道平面與水平面的夾角θ＝30°，導(dǎo)軌上端接一阻值為R＝0.6 Ω的電阻，軌道所在空間有垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1 T，如圖所示．有一質(zhì)量m＝0.5 kg、電阻r＝0.4 Ω的金屬棒ab，放在導(dǎo)軌最上端，其余部分電阻不計(jì)．已知棒ab從軌道最上端由靜止開始下滑到最底端脫離軌道的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量Q₁＝0.6 J，取g＝10 m/s²，試求：

(1)當(dāng)棒的速度v＝2 m/s時(shí)，電阻R兩端的電壓；

(2)棒下滑到軌道最底端時(shí)速度的大小；

(3)棒下滑到軌道最底端時(shí)加速度a的大小．

 

Answer 1

（1）0.6 V（2）4 m/s（3）

解析:本題考查電磁感應(yīng)與電路的結(jié)合，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLv求出電動(dòng)勢(shì)，畫出等效電路圖，根據(jù)恒定電流知識(shí)點(diǎn)求解

(1)當(dāng)棒的速度v＝2 m/s時(shí)，棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Bdv＝1 V        2分

此時(shí)電路中的電流I＝＝1 A，所以電阻R兩端的電壓U＝IR＝0.6 V.     2分

(2)根據(jù)Q＝I2Rt得＝，可知在棒下滑的整個(gè)過程中金屬棒中產(chǎn)生的熱量

Q2＝Q1＝0.4 J       2分

設(shè)棒到達(dá)最底端時(shí)的速度為v2，根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，有：mgLsin θ＝＋Q1＋Q2

解得：v2＝4 m/s.        2分

(3)棒到達(dá)最底端時(shí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I2＝＝2 A       2分

根據(jù)牛頓第二定律有：mgsin θ－BI2d＝ma，解得：a＝.     2分