如圖所示,兩根相同的平行金屬直軌道豎直放置,上端用導線接一定值電阻,下端固定在水平絕緣底座上.底座*固定一根...
問題詳情:
如圖所示,兩根相同的平行金屬直軌道豎直放置,上端用導線接一定值電阻,下端固定在水平絕緣底座上.底座*固定一根*簧,金屬直杆ab通過金屬滑環套在軌道上.在MNPQ之間分佈着垂直軌道面向裏的勻強磁場,現用力壓桿使*簧處於壓縮狀態,撤力後杆被*起,脱離*簧後進入磁場,穿過PQ後繼續上升,然後再返回磁場,並能從邊界MN穿出,此後不再進入磁場.杆ab與軌道的摩擦力大小恆等於杆重力的倍.已知杆向上運動時,剛穿過PQ時的速度是剛穿過MN時速度的一半,杆從PQ上升的最大高度(未超過軌道上端)是磁場高度的n倍;杆向下運動時,一進入磁場立即做勻速直線運動.除定值電阻外不計其它一切電阻,已知重力加速度為g.求:
(1)杆向上穿過PQ時的速度與返回PQ時的速度大小之比v1:v2;
(2)杆向上、向下兩次穿越磁場的過程中產生的電熱之比Q1:Q2.
【回答】
考點:導體切割磁感線時的感應電動勢.
專題:電磁感應與電路結合.
分析:(1)對杆ab穿出PQ後上升和下降過程,分別運用動能定理列式,可求得v1與v2之比;
(2)對於ab上升和下落的過程,分別運用動能定理列式,可求得克服安培力做功之比,即可得到產生的電熱之比Q1:Q2
解答: 解:(1)設杆ab上升的最高點距PQ的距離為h,由動能定理有:
上升階段:﹣(mg+Ff)h=0﹣mv12…①
下降階段:mgh﹣Ffh=mv22﹣0…②
Ff=
解得:v1:v2=3:2;
(2)若杆ab上升的最高點距PQ的距離為h,則磁場高度為,由動能定理得:
﹣(mg+Ff)(h+)﹣W1=0﹣mv02
同理,在返回階段:(mg﹣Ff)(h+)﹣W2=mv22﹣0
聯立上式解得:==;
答:(1)杆向上穿過PQ時的速度與返回PQ時的速度大小之比v1:v2=3:2;
(2)杆向上、向下兩次穿越磁場的過程中產生的電熱之比Q1:Q2=9(3n﹣1):4
點評:本題的過程比較複雜,是力學與電磁感應的綜合,運用動能定理時,要注意明確所研究的物理過程,應用牛頓第二定律與安培力公式即可正確解題
知識點:法拉第電磁感應定律
題型:計算題