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如图所示,ABCD是足够长的平行光滑导轨,其间距为l,导轨平面与水平面的夹角为θ.整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.AC端连有电阻值为R的电阻.若将一质量M,垂直于导轨的金属棒EF在距BDs处由静止释放,在EF棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段.今用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把EF棒从BD位置由静止推至距BDs处,突然撤去恒力F,棒EF最后又回到BD端.

(金属棒、导轨的电阻均不计)求:

(1)EF棒下滑过程中的最大速度. 

(2)EF棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中,有多少电能转化成了内能?           

答案

见解析


解析:

(1)如图所示,当EF从距BDs处由静止开始滑至BD的过程中,受力情况如图所示.

安培力:F=BIl=B…………………………(2分)

根据牛顿第二定律:a=…………(2分)

所以,EF由静止开始做加速度减小的变加速运动.当a=0时速度达到最大值vm.

由①式中a=0有:Mgsinθ-B2l2vm/R=0   ②

vm=     ………………………………………(2分)

(2)由恒力F推至距BDs处,棒先减速至零,然后从静止下滑,在滑回BD之前已达最大速度vm开始匀速…………………………………………(2分)

EF棒由BD从静止出发到再返回BD过程中,转化成的内能为ΔE.根据能的转化与守恒定律:

Fs-ΔE=Mvm2  

ΔE=Fs-M2   ……………………………(2分)

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