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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θ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
v0
2
.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.
人气:249 ℃ 时间:2020-03-29 07:39:47
解答
(1)据能量守恒,得△E=
1
2
mv02-
1
2
m(
v0
4
2=
15
32
mv02
(2)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
R

  E=BLv0
由上述三式,得a1=gsinθ+
B2L2v0
R

∵棒到达底端前已经做匀速运动∴mgsinθ=
B2L2v0
4R

代入数据得a1=5gsinθ
(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+
B2L2v
mR

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=−gt0sinθ−
B2L2s
mR

∵H=S•sinθ       且gsinθ=
B2L2v0
4mR

H=
v20
v0gtsinθ
4g

答:(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
15
32
m
v20

(2)导体棒在底端开始运动时的加速度大小5gsinθ;
(3)导体棒上升的最大高度H=
v20
v0gtsinθ
4g
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