问题
计算题
如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α=30°,导轨上端跨接一定值电阻R,导轨电阻不计。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上,且与导轨保持电接触良好,金属棒的质量为m、电阻为r,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,当金属棒沿导轨下滑距离为s时,速度达到最大值vm。求:
(1)金属棒开始运动时的加速度大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小;
(3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,电阻R上产生的电热。
答案
解:(1)金属棒开始运动时的加速度大小为a,由牛顿第二定律有 ①
解得
(2)设匀强磁场的磁感应强度大小为B,则金属棒达到最大速度时产生的电动势 ②
回路中产生的感应电流 ③
金属棒棒所受安培力 ④
cd棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则 ⑤
由②③④⑤式解得
(3)设电阻R上产生的电热为Q,整个电路产生的电热为Q总,则
⑥
⑦
由⑥⑦式解得