问题标题:
如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN,导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=5Ω的电阻.匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B0=1T.质量为m=0.05kg的金属棒ab
问题描述:

如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m足够长的平行导轨,NQ⊥MN,导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接有一个R=5Ω的电阻.匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B0=1T.质量为m=0.05kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行,当金属棒滑行至cd处时刚好达到最大速度,此过程中回路产生的焦耳热为0.1J,已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,导轨与金属棒的电阻均不计,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.试求:

(1)由静止释放金属棒瞬间,金属棒的加速度大小a;

(2)金属棒滑到cd处所达到的最大速度大小vm;

(3)金属棒滑行至cd处时所经历的时间t;

(4)将金属棒滑行至cd处的时刻记作t=0,从此时刻起,若磁感应强度大小随时间变化,可使金属棒沿导轨向下以释放瞬间的加速度做匀加速直线运动,写出磁感应强度B随时间t的变化规律(求出B与t的关系式).

曹义华回答:
  (1)由静止释放金属棒瞬间,没有感应电流产生,金属棒不受安培力,根据牛顿第二定律得:   mgsinθ-μmgcosθ=ma   则得a=g(sinθ-μcosθ)=10×(sin37°-0.5×cos37°)=2m/s2;   (2)在达到稳定速度前,金属棒的加速度逐渐减小,速度逐渐增大.达到稳定时速度最大,则有   FA=B0IL,mgsinθ=FA+μmgcosθ   则得I=mg(sin37°−μcos37°)B
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