如图1所示,相距为L的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为α,导轨一部分处在垂直导轨平面的匀强磁场中,OO′为磁场边界,磁感应强度为B,导轨右端接有定值电阻R,导轨电阻忽略不

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图1所示,相距为L的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为α,导轨一部分处在垂直导轨平面的匀强磁场中,OO′为磁场边界,磁感应强度为B,导轨右端接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计.在距OO′为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab.
(1)若ab杆在平行于斜面的恒力作用下由静止开始沿斜面向上运动,其速度平方一位移关系图象如图2所示,图中v1和v2为已知.则在发生3L位移的过程中,电阻R上产生的电热Q1是多少?
(2)ab杆在离开磁场前瞬间的加速度是多少?
(3)若磁感应强度B=B0+kt(k为大于0的常数),要使金属杆ab始终静止在导轨上的初始位置,试分析求出施加在ab杆的平行于斜面的外力.

魔方格

◎ 答案

(1)物体的位移为3L,在0--L段,恒力F、重力mg及安培力F对物体做功,安培力的功等于电阻上产生的电热Q1
由动能定理:F L-mg L sinα+W=
1
2
mv12                      
而:W=-Q1                                             
在L--3L段,由动能定理得:
(F-mgsinα)2L=
1
2
mv22-
1
2
mv12                              
解得:Q1=
1
4
m(v22-3v12)                                     
(2)ab杆在离开磁场前瞬间,沿轨道方向受重力分力mg sinα、安培力F和恒力F作用.
F=
B2L2v1
R

a=
F-mgsinα-F
m

解得:a=
v22
-
v21
4L
-
B2L2v1
mR

(3)当磁场按B=B0+kt规律变化时,由于ab静止在导轨上的初始位置,
所以感应电动势为:E=
△Φ
△t
=kL2
安培力为:F=BIL=
(B0+kt)kL3
R

由平衡条件得:F-mgsinα+F=0
解得:F=mgsinα-
(B0+kt)kL3
R

①若mgsinα≤
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