如图所示,无限长金属导轨ac、bd固定在倾角为θ=53°的光滑绝缘斜面上,轨道间距L,底部接一阻值为R的电阻,上端开口.

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  • 解题思路:(1)由静止释放P,MN棒先向上做加速运动,随着速度增大,产生的感应电流增大,所受的安培力增大,加速度减小,当加速度为零时做匀速运动,速度就达到最大值.根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律推导出安培力与速度的关系式,结合平衡条件求解最大速度.

    (2)在MN棒从开始运动到匀速运动的过程中,系统的重力势能减小,转化为系统增加的动能和焦耳热,根据能量守恒求出总的焦耳热.

    (1)如图所示,在MN棒做加速时,由于v的增加,安培力F变大,MN棒在做加速度逐渐减小的加速运动,当a=0时,MN棒速度最大的为v,则MN的感应电动势为:E=BLv

    回路中感应电流为:I=[E

    R+

    1/2R],

    MN的安培力:F=ILB

    物体P和棒MN均受力平衡,根据共点力平衡条件,有:T=3mg=mgsinθ+F+μmgcosθ

    由以上各式求得:v=[3mgR

    B2L2.

    (2)由系统的总能量守恒可知,系统减小的重力势能等于系统增加的动能、焦耳热、摩擦而转化的内能之和:

    3mgh-mghsinθ=μmghcosθ+

    1/2(m+3m)v2+Q

    解得Q=2mgh−

    18m3g2R2

    B4L4].

    答:(1)MN棒沿斜面向上运动的最大速度为

    3mgR

    B2L2.

    (2)整个回路上产生的焦耳热是2mgh−

    18m3g2R2

    B4L4.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;焦耳定律.

    考点点评: 本题是力电综合问题,第一问关键根据平衡条件求解安培力,然后根据安培力公式和切割公式求解最大速度;第二问关键根据功能关系列式求解.

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