(2012•徐汇区一模)如图,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定,轨距为d.空间存在匀强磁场,磁场方向垂

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  • 解题思路:(1)从静止释放ab,ab棒切割磁感线产生感应电动势,相当于电源,两个定值电阻3R与6R并联,可求得总电阻的表达式.当ab棒匀速运动时,速度达到最大,根据平衡条件和安培力公式,求解金属杆ab运动的最大速度;

    (2)金属杆ab运动的加速度为[1/2]gsinθ时,根据牛顿第二定律求得此时金属杆ab运动的速度,得到感应电流,即可求得金属杆ab消耗的电功率;

    (3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,重力做正功,安培力做负功,根据动能定理求得导体棒ab克服安培力做功.

    (1)电路中总电阻为R=R+R=[3R•6R/3R+6R]+R=3R;

    I=[Bdv

    R总=

    Bdv/3R]

    当达到最大速度时,金属棒受力平衡,则有 mgsinθ=BId=

    B2d2v

    3R

    解得,最大速度为v=[3Rmgsinθ

    B2d2

    (2)金属杆ab运动的加速度为

    1/2]gsinθ 时,通过ab的电流为 I′=[Bdv′

    R总=

    Bdv′/3R]

    根据牛顿第二定律F=ma,得

    mgsinθ-BI′d=ma,

    得到 mgsinθ-

    B2d2v′

    3R=[1/2]mgsinθ

    解得,v′=[3Rmgsinθ

    2B2d2

    金属杆ab消耗的电功率P=I′2R=

    m2g2sin2θR

    4B2d2

    (3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,根据动能定理

    WG-W克安=△Ek

    mgSsinθ-W克安=

    1/2]m

    9m2g2R2sin2θ

    B4d4

    解得 W克安=mgSsinθ-

    9m3g2R2sin2θ

    2B4d4

    答:(1)金属杆ab运动的最大速度是[3Rmgsinθ

    B2d2;

    (2)金属杆ab运动的加速度为

    1/2]gsinθ 时,金属杆ab消耗的电功率是

    m2g2sin2θR

    4B2d2;

    (3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功为mgSsinθ-

    9m3g2R2sin2θ

    2B4d4.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 本题是电磁感应中收尾速度问题,分别从力和能量两个角度进行研究.其中安培力的分析和计算是解题的关键步骤.

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