
(24-25高二下·全国·课后作业)如图甲所示,足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,其宽度,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P之间连接阻值
的电阻,质量
、电阻
的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒ab由静止开始下滑,下滑过程中ab始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示,图像中的OA段为曲线,AB段为直线,g取
(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响),求:
(1)金属棒两端a、b的电势高低;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)在金属棒ab开始运动的1.7s内,电阻R上产生的热量。
【答案】(1)a端电势低,b端电势高
(2)0.1T
(3)0.26J
【知识点】作用的导体棒在导轨上运动的电动势、安培力、电流、路端电压、计算导轨切割磁感线电路中产生的热量
【详解】(1)由右手定则可知,中的感应电流由
流向
相当于电源,则
端电势高,
端电势低。
(2)由图像,得
时金属棒的速度
金属棒匀速运动时所受的安培力大小,
联立得
根据平衡条件,可得
则有
代入数据解得
(3)金属棒ab在开始运动的1.7s内,金属棒的重力势能减小,转化为金属棒的动能和电路的内能。设电路中产生的总焦耳热为Q,根据能量守恒定律,可得
代入数据解得
故R产生的热量
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