相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1kg金属棒ab和质量为m2=0.27kg的金属棒cd均...
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相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1kg金属棒ab和质量为m2=0.27kg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)。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。ab棒在方向竖直向上,大小按图(b)规律变化的外力F作用下,从静止开始,沿导轨匀加速运动,同时cd棒也由静止释放。
⑴求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度的大小;
⑵已知在2s内外力F做功40J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热;
⑶判断cd棒将做怎样的运动,求出cd棒达到最大速度所需的时间t0,并在图(c)中定*画出cd棒所受摩擦力fcd随时间变化的图像。
【回答】
⑴经过时间t,金属棒ab速度v=at 此时,回路中感应电流为(1分)
对金属棒ab,由牛顿第二定律得(1分)
由以上各式整理得: (1分)
方法1:在图线上取两点:t1=0,F1=11N;t2=2s,F2=14.6N
方法2:有图像知:斜率k=1.8N/s 纵轴的截距:b=11N
代入等式得:a=1m/s2 B=1.2T (2分)
⑵在2s末金属棒ab的速率 vt = at = 2m/s 所发生的位移 (1分)
由动能定理得 (2分) 又Q=W安(1分)
联立以上方程,解得Q= 18 J(1分)
⑶cd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;后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动(2分)
当cd棒速度达到最大时,有 m2g=μFN(1分)
又 FN = F安= B I L I= vm = ato(1分)
整理解得to=2s
fcd随时间变化的图像如图所示(2分)
知识点:电磁感应单元测试
题型:计算题
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