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如图所示,固定的光滑金属导轨间距为L,导轨电阻不计,上端a、b间接有阻值为R的电阻,导轨平面与水平面的夹角为θ,且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有沿轨道向上的初速度v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.已知弹簧的劲度系数为k,弹簧的中心轴线与导轨平行.(1)求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向;(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v,求此时导体棒的加速度大小a;(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为Ep,求导体棒从开始运动直到停止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q.

如图所示,固定的光滑金属导轨间距为L,导轨电阻不计,上端a、b间接有阻值为R的电阻,导轨平面与水平面的夹角为θ,且处在磁感应强度大小为
B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有沿轨道向上的初速度v0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.已知弹簧的劲度系数为k,弹簧的中心轴线与导轨平行.(1)求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向;(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v,求此时导体棒的加速度大小a;(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为Ep,求导体棒从开始运动直到停止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q.

发布时间:2025-02-28 20:24:16
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答案:(1)棒产生的感应电动势E1=BLv0通过R的电流大小I1= E1 R r = BLv0 R r 根据右手定则判断得知:电流方向为b→a            (2)棒产生的感应电动势为E2=BLv感应电流I2= E2 R r = BLv R r 棒受到的安培力大小F=BIL= B2L2v R r ,方向沿斜面向上,如图所示.根据牛顿第二定律 有 mgsinθ-F=ma解得 a=gsinθ- B2L2v m(R r) (3)导体棒最终静止,有 mgsinθ=kx弹簧的压缩量x= mgsinθ k 设整个过程回路产生的焦耳热为Q0,根据能量守恒定律 有   1 2 m v 20 mgxsinθ=EP Q0解得 Q0= 1 2 m v 20 (mgsinθ)2 k -EP电阻R上产生的焦耳热Q= R R r Q0= R R r [ 1 2 m v 20 (mgsinθ)2 k -EP]答:(1)初始时刻通过电阻R的电流I的大小为 BLv0 R r ,方向为b→a;(2)此时导体棒的加速度大小a为gsinθ- B2L2v m(R r) ;(3)导体棒从开始运动直到停止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q为 R R r [ 1 2 m v 20 (mgsinθ)2 k -EP]. E1R r
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