(2009•东莞模拟)如图所示,两条平行长直金属导轨长为l,间距为d,与水平面成θ角倾斜放置,导轨底端与固定电阻R相连,

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  • 解题思路:(1)导体棒离开磁场后上升的过程中,只有重力做功,机械能守恒,即可列式求得h.(2)导体棒上滑的过程中做减速运动,产生的感应电流减小,则导体棒向上运动至直导轨末端时的功率最小.导体棒刚离开磁场时的速度也为v02,根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和安培力公式,推导出安培力的表达式,导体棒克服安培力做功的功率等于回路中产生的总的电功率,根据功率分配求解导体棒消耗的最小电功率P.(3)根据能量守恒求出回路中产生的总的焦耳热,再求解电阻上产生的电热Q.

    (1)导体棒从最高点返回到磁场边界的过程中,由机械能守恒得:mgh=[1/2m(

    v0

    2)2…①

    则导体棒上升的最大高度距磁场边缘高为:h=

    v20

    8g]…②

    (2)由题意可知,导体棒向上运动至直导轨末端时的功率最小,这个功率被电阻R和导体棒按阻值分配,导体棒在磁场边界之外的运动过程中机械能守恒,可知导体棒刚离开磁场时的速度为

    v0

    2,则导体棒向上运动至直导轨末端时感应电动势为:E=Bd

    v0

    2…③

    感应电流为:I=[E

    R+

    R/2]…④

    安培力为:F=BId…⑤

    解得:F=

    B2d2v0

    3R…⑥

    根据功能关系得知,回路中产生的总的电功率:P=F•

    v0

    2

    根据电阻的关系得,导体棒消耗的最小电功率:P=[1/3F•

    v0

    2]…⑦

    联立解得:P=

    B2d2

    v20

    18R…⑧

    (3)由能量守恒可知整个运动过程中,回路中产生的总电热为:Q=[1/2m

    v20]-[1/2m(

    v0

    2)2-2μmglcosθ…⑨

    故电阻上产生的电热:Q=

    2

    3Q=

    1

    4m

    v20−

    4

    3μmglcosθ

    答:(1)离开磁场后,导体棒ab上升的最大高度离磁场边缘高度h是

    v20

    8g].

    (2)在磁场中向上运动的过程中,导体棒消耗的最小电功率P是

    B2d2

    v20

    18R.

    (3)整个运动过程中电阻只上产生的电热Q是

    1

    4m

    v20−

    4

    3μmglcosθ.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 本题是电磁感应与力学知识的综合,推导安培力的表达式,分析功与能的关系是解题的关键.

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