问题标题:
如图(甲)所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ=30°的绝缘斜面上,两导轨间距为L=0.2m.M、P两点间接有阻值为R=1Ω的电阻.一根质量为m=0.01Kg的均匀直金属杆ab放在两导
问题描述:

如图 (甲)所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ=30°的绝缘斜面上,两导轨间距为L=0.2m.M、P两点间接有阻值为R=1Ω的电阻.一根质量为m=0.01Kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦,g=10m/s2.

(1)由b向a方向看到的装置如图 (乙)所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图.

(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v=2m/s时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小.

(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.

(4)当ab杆的速度最大时,流过ab杆某一横截面的电量为q=1.25C,求电阻R在这一过程中产生的焦耳热.

郭养安回答:
  (1)金属杆下滑过程中受到的力有:重力mg,竖直向下;支持力FN,垂直斜面向上;根据左手定则可知安培力F平行斜面向上,如图所示   (2)当ab杆速度为v时,感应电动势为:E=BLv=0.5×0.2×2V=0.2V   变化闭合电路的欧姆定律可得感应电流I=ER=BLvR
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