Question

如圖16所示，足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0．50T的勻強(qiáng)磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R＝0．30Ω的電阻，導(dǎo)軌寬度L＝0．40m。電阻為r＝0．20Ω的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開始下滑0．7 m 后以5 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng) 。（g=10m/s²）

求： （1）金屬棒的質(zhì)量m；

（2）在導(dǎo)體棒下落2．70m內(nèi)，回路中產(chǎn)生的熱量Q 。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）Q=0．58J

【解析】（1）由題可知，棒最終作勻速運(yùn)動(dòng)，且速度

由；（1分）

；（1分）

；（1分）

（1分）

解得（1分）

（2）棒在下滑過程中，有重力和安培力做功，克服安培力做的功等于回路的焦耳熱。

則：

    （2分）

解得Q=0．58J

本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律與能量、牛頓第二定律的結(jié)合問題，開始時(shí)重力大于向上的安培力，導(dǎo)體棒向下加速，隨著速度的增大，安培力逐漸增大，加速度減小，當(dāng)安培力增大到等于重力時(shí)加速度減小到零，此后導(dǎo)體棒向下勻速運(yùn)動(dòng)，由此時(shí)安培力等于重力和安培力，法拉第電磁感應(yīng)定律、恒定電流可求得導(dǎo)體棒的質(zhì)量，棒在下滑過程中，有重力和安培力做功，克服安培力做的功等于回路的焦耳熱，有能量守恒定律可求得焦耳熱的值