相距L=1.5 m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1 kg的金属棒ab
和质量为m2=0.27 kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如
图(a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处
磁场磁感应强度大小相同。ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.75,两棒总
电阻为1.8Ω,导轨电阻不计。t = 0时刻起,ab棒在方向竖直向上、大小按图(b)
所示规律变化的外力F作用下,由静止沿导轨向上匀加速运动,同时也由静止释放
cd棒。g取10 m/s2
23.求磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小;
24.已知在2 s内外力F做功40 J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热;
25.求出cd棒达到最大速度所对应的时刻t1。
;
经过时间t,金属棒ab的速率(1分)
回路中的感应电流为(1分)
对金属棒ab,由牛顿第二定律得,
(1分) 即
由图b可知:t1=0 时,F1=11N ; t2 = 2 s时,F2 =14.6N ,
代入上式,解得:(1分)
(1分)
由E=BLv、、F=BIL、v=at,及牛顿第二定律得到F与时间t的关系式,再根据数学知识研究图象(b)斜率和截距的意义,即可求磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小.
本题中cd棒先受到滑动摩擦,后受到静摩擦,发生了突变,要仔细耐心分析这个动态变化过程.滑动摩擦力与安培力有关,呈现线性增大是解题的关键。
在2s末金属棒ab的速率
所发生的位移 (1分)
由动能定理得: (1分)
又
联立以上方程,解得:(1分)
由运动学公式求出2s末金属棒ab的速率和位移,根据动能定理求出两金属棒产生的总焦耳热.
本题中cd棒先受到滑动摩擦,后受到静摩擦,发生了突变,要仔细耐心分析这个动态变化过程.滑动摩擦力与安培力有关,呈现线性增大是解题的关键。
由题意可知:cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;然后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动。
当cd棒速度达到最大时,有 (1分)
又 (1分)
(1分)
,
整理得(1分 )
分析cd棒的运动情况:cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;利用二力平衡中安培力中含有时间求解运动时间.
本题中cd棒先受到滑动摩擦,后受到静摩擦,发生了突变,要仔细耐心分析这个动态变化过程.滑动摩擦力与安培力有关,呈现线性增大是解题的关键。