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.