問題詳情:
如圖所示,MN、PQ為足夠長的平行金屬導軌,間距L=0.50m,導軌平面與水平面間夾角θ=37°,N、Q間連接一個電阻R=5.0Ω,勻強磁場垂直於導軌平面向上,磁感應強度B=1.0T.將一根質量m=0.050kg的金屬棒放在導軌的ab位置,金屬棒及導軌的電阻不計.現由靜止釋放金屬棒,金屬棒沿導軌向下運動過程中始終與導軌垂直,且與導軌接觸良好.已知金屬棒與導軌間的動摩擦因數μ=0.50,當金屬棒滑行至cd處時,其速度大小開始保持不變,位置cd與ab之間的距離s=2.0m.已知g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:
(1)金屬棒沿導軌開始下滑時的加速度大小;
(2)金屬棒達到cd處的速度大小;
(3)金屬棒由位置ab運動到cd的過程中,電阻R產生的熱量.
【回答】
考點: 導體切割磁感線時的感應電動勢;共點力平衡的條件及其應用;牛頓第二定律;電磁感應中的能量轉化.
專題: 電磁感應——功能問題.
分析: (1)金屬棒剛開始下滑時受重力、支持力和摩擦力作用,根據牛頓第二定律求出金屬棒沿導軌開始下滑的加速度大小.
(2)金屬棒到達cd處受重力、支持力、摩擦力和安培力平衡,結合閉合電路歐姆定律、切割產生的感應電動勢公式以及共點力平衡求出勻速運動的速度.
(3)金屬棒由位置ab運動到cd的過程中動能增加、重力勢能減小,摩擦產生的內能增加,整個迴路產生的熱量增加,根據能量守恆定律求出電阻R上產生的熱量.
解答: 解:(1)設金屬桿的加速度大小為a,則
mgsinθ﹣μmgcosθ=ma
a=2.0m/s2
(2)設金屬棒達到cd位置時速度大小為v、電流為I,金屬棒受力平衡,有
mgsinθ=BIL+μmgcosθ
解得 v=2.0m/s
(3)設金屬棒從ab運動到cd的過程中,電阻R上產生的熱量為Q,由能量守恆,有
解得 Q=0.10J
答:(1)金屬棒沿導軌開始下滑時的加速度大小為2m/s2.
(2)金屬棒達到cd處的速度大小為2m/s.
(3)金屬棒由位置ab運動到cd的過程中,電阻R產生的熱量為0.10J.
點評: 本題綜合考查了牛頓第二定律、閉合電路歐姆定律以及能量守恆定律等,綜合*較強,對學生的能力要求較高,是一道好題.
知識點:法拉第電磁感應定律
題型:計算題