(2014•凉山州二模)如图所示,倾角为θ=30°的光滑倾斜导体轨道(足够长)与光滑水平导体轨道平滑连接.轨道宽度均为L

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  • 解题思路:(1)从静止释放金属棒a,先做加速运动,随着速度增大,棒产生的感应电动势和感应电流增大,合力减小,加速度减小,由于导轨的倾斜部分足够长,所以金属棒在进入水平轨道前做匀速运动,根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和平衡条件求出匀速运动时的速度.

    (2)根据左手定则可以判断出ab受到的安培力方向向下,当cd棒的速度最大时,ab棒对轨道的压力最大.然后根据共点力的平衡即可求出压力.

    (3)开始运动到cd棒达到最大速度的过程中,ab棒上产生的焦耳热Q=0.45J,结合(1)中已经求出的速度,即可求得棒下滑的高度,然后根据:q=

    △Φ

    R

    ,求出该过程中通过cd棒横截面的电量q.

    对ab棒受力分析知,ab棒始终处于平衡状态.

    由于轨道倾斜部分足够长,金属棒在进入水平轨道前做匀速运动,电路的总电阻为2R,设金属棒cd做匀速运动的速度为v,棒中的电动势E,电路中的电流为I,则:

    mgsinθ-F=0…①

    F=BIL …②

    I=

    BLvm

    2R …③

    由①②③解得:vm=1m/s;I=1A

    (2)根据左手定则可以判断出ab受到的安培力方向向下,当cd棒的速度最大时,ab棒对轨道的压力最大:

    N=mg+BIL=0.2×10+1×1×1=3N

    (3)对整个系统分析,由能量守恒得:

    mgsinθ•x=

    1

    2m

    v2m+2Q

    而:Q=0.45J

    解得:x=1m

    该过程中的平均电动势:

    .

    E=

    △Φ

    △t=

    B△S

    △t

    则:q=

    .

    I•△t=

    .

    E

    2R•△t=

    B△S

    2R=

    BLx

    2R=

    1×1×1

    2×0.5=1C

    答:(1)导体棒cd沿斜轨道下滑的最大速度v的大小是1m/s;

    (2)导体棒ab对水平轨道的最大压力N的大小是3N;

    (3)该过程中通过cd棒横截面的电量是1C.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;焦耳定律;安培力.

    考点点评: 本题分析时,一定要注意题中条件:导轨的倾斜部分和水平部分都足够长,分析知道在斜轨上棒最终匀速运动,在水平轨道上最终静止,再运用电磁感应的规律和力学知识求解.

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