为g。求:
(1)金属杆ab运动的最大速度;
(2)金属杆ab运动的加速度为gsin θ时,电阻R上的电功率;
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功。
[审题指导]
第一步:抓关键点
关键点 获取信息 光滑金属轨道与水平面成θ角固定 金属杆不受摩擦力,而下滑力为mgsin θ P、M间所接电阻阻值为R;金属杆ab水平放置在轨道上,其有效电阻为r;轨道足够长且电阻不计 金属杆与轨道、电阻R所组成的闭合回路的内电阻为r,外电阻为R 金属杆ab沿轨道下滑距离s时,达到最大速度 金属杆高度降低了ssin θ,此后受力平衡以最大速度继续下滑 第二步:找突破口
(1)根据受力平衡列方程,安培力F=mgsin θ;
(2)根据牛顿第二定律,求解加速度为gsin θ时的安培力;
(3)根据能量转化与守恒定律,求解此过程中克服安培力所做的功。
[解析] (1)当杆达到最大速度时安培力F=mgsin θ
安培力F=BId
感应电流I=
感应电动势E=Bdvm
解得最大速度vm=。
(2)当金属杆ab运动的加速度为gsin θ时
根据牛顿第二定律mgsin θ-BI′d=m·gsin θ
电阻R上的电功率P=I′2R
解得P=2R。