如图所示,两根足够长的平行金属导轨由倾斜和水平两部分平滑连接组成,导轨间距L=1m,倾角θ=45°,水平部分处于磁感应强

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  • 解题思路:(1)金属棒下降的过程中,重力与摩擦力做功的和等于动能的增加.

    (2)运用法拉第电磁感应定律求出感应电动势,求出安培力,再使用牛顿第二定律求出加速度;

    (3)运用动量守恒定律求出棒cd距离MN的最小距离时它们的共同速度,运用动量定理求出速度的变化量.根据能量守恒定律,求出产生的焦耳热.

    (1)对ab运用动能定理得

    m1gh−μm1gcos45°•

    h

    sin45°=

    1

    2m1

    v20

    代人数据得:v0=

    2gh−2μgh=

    2×10×1−2×0.2×10×1m/s=4m/s

    (2)棒ab运动到MN处,cd加速度最大

    Em=BLv0

    Im=

    Em

    R1+R2

    ∴Fm=BImL=

    B2L2v0

    R1+R2=

    12×12×4

    1+3N=1N

    由牛顿第二定律:Fm-μm2g=m2a

    解得:a=3m/s2

    (3)在不相碰的情况下,两棒最终速度必相等,设为vm,ab、cd组成的系统在水平方向任一时刻ab棒与cd棒受到的安培力总是大小相等,方向相反,故系统的水平方向的动量守恒,得:

    mv0=2mvm

    即:vm=

    v0

    2=2m/s

    设某时刻ab的速度为v1,cd的速度为v2,在极小的△t内,ab速度变化为△v

    则:ΦE=

    △Φ

    △t=BL(v1−v2)

    I=

    E

    R1+R2

    由牛顿运动定律有F1=m1

    △v

    △t=

    B2L2(v1−v2)

    R1+R2

    得v1−v2=

    (R1+R2)m1

    B2L2•

    △v

    △t

    两棒在水平导轨运动的相对位移,即为两棒不相碰的最小距离,

    S0=∑(v1−v2)△t=

    (R1+R2)m1

    B2L2∑△v=

    (R1+R2)m1

    B2L2•(v0−

    1

    2v0)=

    (R1+R2)m1v0

    2B2L2

    联立以上各公式,代人数据求得:s0=1.6m

    答:(1)棒ab运动到MN处的速度大小是4m/s;

    (2)棒cd运动的最大加速度3m/s2

    (3)棒cd距离MN的最小距离是1.6m

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;动能定理的应用;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 该题考查了多个知识点的综合运用.做这类问题我们还是应该从运动过程和受力分析入手研究,运用一些物理规律求解问题.

    能量的转化与守恒的应用非常广泛,我们应该首先考虑.

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