如圖所示,一對平行的粗糙金屬導軌固定於同一水平面上,導軌間距L=0.2m,左端接有阻值R=0.3W的電阻,右側...
問題詳情:
如圖所示,一對平行的粗糙金屬導軌固定於同一水平面上,導軌間距L=0.2m,左端接有阻值R=0.3W的電阻,右側平滑連線一對彎曲的光滑軌道.水平導軌的整個區域記憶體在豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小B=2.0T.一根質量m=0.4kg,電阻r=0.1W的金屬棒ab垂直放置於導軌上,在水平向右的恆力F作用下從靜止開始運動,當金屬棒通過位移x=9m時離開磁場,在離開磁場前已達到最大速度.當金屬棒離開磁場時撤去外力F,接著金屬棒沿彎曲軌道上升到最大高度h=0.8m處.已知金屬棒與導軌間的動摩擦因數m=0.1,導軌電阻不計,棒在運動過程中始終與軌道垂直且與軌道保持良好接觸,取g =10m/s2.求:
(1)金屬棒運動的最大速率v ;
(2)金屬棒在磁場中速度為時的加速度大小;
(3)金屬棒在磁場區域運動過程中,電阻R上產生的焦耳熱.
【回答】
(1) (2) 2m/s2(3)
【解析】
(1)金屬棒從出磁場到達彎曲軌道最高點,根據機械能守恆定律,
解得:
(2) 金屬棒在磁場中做勻速運動時,設迴路中的電流為I,
則
由平衡條件可得 :
金屬棒速度為時,設迴路中的電流為,則
由牛頓第二定律得
解得 a = 2m/s2
(3)設金屬棒在磁場中運動過程中,迴路中產生的焦耳熱為Q,
根據功能關係:
則電阻R上的焦耳熱:
解得:
知識點:動能和動能定律
題型:解答題
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