两根粗糙的金属导轨平行放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨左端接有电阻R=10Ω,导轨自身电阻忽略不计.匀强磁场垂直于斜面向上,磁感强度B=0.5T.质量为m=0.1kg,电阻可不计的金属棒ab静止
问题描述:
两根粗糙的金属导轨平行放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨左端接有电阻R=10Ω,导轨自身电阻忽略不计.匀强磁场垂直于斜面向上,磁感强度B=0.5T.质量为m=0.1kg,电阻可不计的金属棒ab静止释放,沿导轨下滑.如图所示,设导轨足够长,导轨宽度L=2m,金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好,当金属棒下滑h=3m时,速度恰好达到最大值v=2m/s.求:
(1)下降h过程中,电阻R的最大热功率为多大;
(2)静止释放时的加速度;
(3)此过程中电阻中产生的热量.
答
(1)据法拉第电磁感应定律:E=BLv 据闭合电路欧姆定律:I=
E R
∴电阻R的最大热功率为 P=I2R=0.4w
(2)当金属棒速度恰好达到最大速度时,受力分析,则有
mgsinθ=F安+f
又安培力大小为 F安=ILB=
=0.2N
B2L2v R
则得 f=mgsinθ-F安=0.3N
金属棒由静止释放时,由牛顿第二定律得
mgsinθ-f=ma 得a=2m/s2
(3)金属棒下滑过程中,据动能定理得:
mgh-f
-W=h sinθ
mv21 2
解得 W=1J,
∴此过程中电阻中产生的热量Q=W=1J
答:
(1)下降h过程中,电阻R的最大热功率为0.4w;
(2)静止释放时的加速度是2m/s2;
(3)此过程中电阻中产生的热量是1J.