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如图所示,质量为m的导体棒曲垂直放在光滑足够长的U形导轨的底端,导轨宽度和棒长相等且接触良好,导轨平面与水平面成角,整个装置处在与导轨平面垂直的匀强磁场中.现给导体棒沿导轨向上的初速度v0,经时间t0导体棒到达最高点,然后开始返回,到达底端前已经做匀速运动,速度大小为.已知导体棒的电阻为R,其余电阻不计,重力加速度为g,忽略电路中感应电流之间的相互作用.求:

1.导体棒从开始运动到返回底端的过程中,回路中产生的电能;

2.导体棒在底端开始运动时的加速度大小;

3.导体棒上升的最大高度.

 

答案

 

1.mv02

2.a1 = 3gsinθ

3.(v02-gv0t0sinθ)/2g

解析:⑴据能量守恒,得  △E = mv02-m(2= mv02      

⑵在底端,设棒上电流为I,加速度为a,由牛顿第二定律,则:)

(mgsinθ+BIL)=ma1      

由欧姆定律,得I=   E=BLv0

由上述三式,得a1 =  gsinθ +

∵棒到达底端前已经做匀速运动∴mgsinθ=

代入,得a1 = 3gsinθ

(3)选沿斜面向上为正方向,上升过程中的加速度,上升到最高点的路程为S,

a = -(gsinθ + )  

取一极短时间△t,速度微小变化为△v,由△v = a△t,得

△  v = -( gsinθ△t+B2L2v△t/mR)

其中,v△t =△s

在上升的全过程中

∑△v = -(gsinθ∑△t+B2L2∑△s/mR)

即         0-v0= -(t0gsinθ+B2L2S/mR)

∵H=S·sinθ      且mgsinθ=

∴ H =(v02-gv0t0sinθ)/2g 

 

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