(2014?天津)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-06-30
如图所示,在倾角θ=30° 的斜面上固定两根足够长的平行金属导轨,其宽度L=2m,导轨上、下端各接有阻值R=

(1)金属棒ab机械能的减少量:△E=mgh-12mvmax2=3.6 J (2)速度最大时金属棒ab产生的电动势:Emax=BLvmax 此时产生的电流:Imax=Emaxr+R2安培力:F安max=BImaxL=0.8N 此时金属棒所受力平衡,由平衡条件知摩擦力:Ff=mgsinθ-F安max=0.2N 金属棒速度为v=1 m/s时,F安=12 F安max=0.4N 由牛顿第二定律得:mgsinθ-Ff-12F安max=ma 代入数据,解得:a=2m/s2(3)由于I总=2IR,R=2r 所以 Q总=4QR由能量守恒定律,可知金属棒损失的机械能等于金属棒ab克服摩擦力做功和产生的总电热之和,则电热:Q总=△E-Ff?hsinθ=2.4J 下端电阻R中产生的热量:QR=14Q总=0.6 J 答:(1)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量为3.6J;(2)金属棒ab下滑速度为v=1m/s时,其加速度的大小为2m/s2;(3)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中,导轨下端电阻R中产生的热量为0.6J.

(1)作出金属棒的受力图,如图. 则有F=mgsin30° F=0.1N (2)根据安培力公式F=BIL得 得 I= F BL =0.5A (3)设变阻器接入电路的阻值为R,根据闭合电路欧姆E=I(R+r) 解得 R= E I -r=23Ω 答:(1)金属棒所受到的安培力为 0.1N; (2)通过金属棒的电流为0.5A; (3)滑动变阻器R接入电路中的阻值为23Ω.

(1)由右手定则可知,电流由a流向b;
(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,
由平衡条件得:Fmax=m1gsinθ,
ab刚好要上滑时,感应电动势:E=BLv,
电路电流:I=
E
R1+R2

ab受到的安培力:F=BIL,
此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,
由平衡条件得:F=m1gsinθ+Fmax
代入数据解得:v=5m/s;
(3)cd棒运动过程中电路产生的总热量为Q
由能量守恒定律得:m2gxsinθ=Q+
1
2
m2v2
ab上产生的热量:Q=
R1
R1+R2
Q
解得:Q=1.3J;
答:(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向为:电流由a流向b;
(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度为5m/s;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是1.3J.

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