2017-2018高中物理(粤教)选修3-2 模块要点回眸 第9点 电磁感应中的动力学问题
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注意 当导体切割磁感线运动存在临界条件时:

(1)若导体初速度等于临界速度,导体匀速切割磁感线;

(2)若导体初速度大于临界速度,导体先减速,后匀速运动;

(3)若导体初速度小于临界速度,导体先加速,后匀速运动.

对点例题 如图1甲所示,两根足够长的平行金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角为α,金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m,导轨处于匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面斜向上,磁感应强度大小为B.金属导轨的上端与开关S、阻值为R1的定值电阻和电阻箱R2相连,不计一切摩擦,不计导轨、金属棒的电阻,重力加速度为g.现在闭合开关S,将金属棒由静止释放.

图1

(1)判断金属棒ab中电流的方向;

(2)若电阻箱R2接入电路的阻值为0,当金属棒下降高度为h时,速度为v,求此过程中定值电阻R1上产生的焦耳热Q;

(3)当B=0.40 T、L=0.50 m、α=37°时,金属棒能达到的最大速度vm随电阻箱R2阻值的变化关系如图乙所示,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求R1的大小和金属棒的质量m.

答案 (1)b到a (2)mgh-mv2 (3)2.0 Ω 0.1 kg

解题指导 (1)由右手定则可知,金属棒ab中的电流方向为b到a.

(2)由能量守恒定律可知,金属棒减少的重力势能等于增加的动能和电路中产生的焦耳热

mgh=mv2+Q