问题 计算题

位于绝缘水平面上的宽度为L=1m的U形金属导轨,左端串接一电阻R=7.5Ω,金属导轨在外力控制下始终以速度v1=2m/s向右匀速运动,导轨电阻不计。如图所示,虚线PQ右侧区域有重直水平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T。由于导轨足够长,电阻R始终未进入磁场区域。一质量为m=0.1kg,电阻r=0.5Ω,长度也是L的金属棒,自PQ处以水平向右的初速度v2=4m/s滑上金属导轨,金属棒与导轨间动摩擦因数μ=0.2,且运动过程中始终与导轨垂直接触。金属棒滑上导轨后,经t=0.2s,速度恰好与导轨速度相同,此过程中因摩擦产生热量Q=0.08J。之后,金属棒继续运动,当其速度刚好稳定时,金属棒的总位移s=1.74m。重力加速度g=10m/s2,求:

  (1)金属棒最终稳定时速度的大小;

  (2)当金属棒速度v=3.2m/s时加速度的大小;

  (3)自金属棒滑上导轨至刚好稳定时整个电路中消耗的电能。

答案

(1)金属棒最后匀速运动,设速度为v3

      ①

     ②

      ③

金属棒做匀速运动         ④

可得v3="1.6m/s       " ⑤

  (2)当金属棒速度v=3.2m/s时,可推出

       ⑥

由牛顿第二定律

       ⑦

a=6m/s2      ⑧

  (3)设金属棒从滑上导轨到与导轨速度相同的过程中,导轨的位移为s1,棒的位移为s2

摩擦生热         ⑨

导轨位移       ⑩

金属棒速度由v2减小到v3的过程中位移为s3=s—s2      (11)

由动能定理

      (12)

由功能关系 E=—W安      可得:E="0.7J       " (14分)

单项选择题
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