⑴N ′=0.173N;⑵d=1m;⑶v=5m/s
试题分析:⑴金属棒沿轨道下滑时,对金属棒,受重力mg、导轨的支持力N和磁场的安培力F作用,在垂直于导轨方向上有:N-mgcosθ=0①
根据牛顿第三定律可知,金属棒对轨道的压力为:N ′=N②
由①②式联立解得:N ′=mgcosθ=0.02×10×
N=
N=0.173N
⑵当金属棒匀速下滑时,其下滑速度达到稳定,因此在沿导轨向下方向上,有:mgsinθ-F=0③
设稳定时回路中的电流为I,金属导轨的宽度为d,根据安培力大小计算公式有:F=IdB④
根据功率、电压与电流的关系,有:I=
⑤
由③④⑤式联立解得:d=
=
m=1m⑥
⑶由于电路中其它部分电阻不计,因此,金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=U⑦
根据法拉第电磁感应定律可知:E=Bdv⑧
由⑥⑦⑧式联立解得金属棒稳定下滑时的速度大小为:v=
=
m/s=5m/s