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如图甲所示,在一对平行光滑的金属导轨的上端连接一阻值为R=4 Ω的定值电阻,两导轨在同一平面内.质量为m=0.1 kg,长为L=0.1 m的导体棒ab垂直于导轨,使其从靠近电阻处由静止开始下滑,已知导体棒电阻为r=1 Ω,整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,导体棒下滑过程中加速度a与速度v的关系如图乙所示.(g=10 m/s2).求:

1.导轨平面与水平面间夹角θ

2.磁场的磁感应强度B

3.若靠近电阻处到底端距离为20 m,

ab棒在下滑至底端前速度已达10 m/s,

 求ab棒下滑的整个过程中,电阻R上产生的焦耳热.

 

答案

 

1.即θ=30°

2.B=5 T

3.QR =4J

解析:(1)依图可知,当ab棒静止时,a=5 m/s2

此时对ab棒:mgsinθ=m a     ①

               解得sinθ=0.5 即θ=30°

(2)依图可知,当ab棒速度v= 10 m/s 时,a=0即

                            mgsinθ =F安      

           ③

回路中的电流   ④

解上式得B=5 T

(3) 由能量守恒定律知,ab棒下滑的整个过程中,回路中产生的热量等于ab棒机械能的减少量即       Q= mgHsinθ =5J    ⑤

又Q=QR+Qr       ⑥

QR :Qr=R:r    ⑧

解上式得QR =4J

 

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