Question

5．如圖所示光滑、水平金屬導(dǎo)軌的間距為L(zhǎng)=1m，處在一個(gè)豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T，其上有一個(gè)與之接觸良好的金屬棒，金屬棒的電阻R=1Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左側(cè)接有電源，電動(dòng)勢(shì)E=10V，內(nèi)阻r=1Ω，某時(shí)刻起閉合開(kāi)關(guān)，金屬棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，已知金屬棒的質(zhì)量m=1kg，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)．問(wèn)：
（1）金屬棒速度為2m/s時(shí)金屬棒的加速度為多大？
（2）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的速度為多大？
（3）導(dǎo)軌的右端是一個(gè)高為0.8m、寬為1.8m的壕溝，那么金屬棒離開(kāi)導(dǎo)軌后能否落到對(duì)面的平臺(tái)？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)E=BLv求出速度為2m/s時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而得出電路中的實(shí)際電壓，根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)牛頓第二定律求出加速度的大小．
（2）當(dāng)安培力與阻力相等時(shí)，金屬棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)平衡，結(jié)合閉合電路歐姆定律求出穩(wěn)定的速度大�。�
（3）金屬棒離開(kāi)導(dǎo)軌后做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)高度求出平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，從而得出水平位移，判斷能否落到對(duì)面的平臺(tái)

解答 解：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：?=BLv=2×1×2V=4V…①
且產(chǎn)生的感應(yīng)電流其方向與電路電流方向相反，則此時(shí)電路的實(shí)際電壓：
U=E-?=10-4V=6V…②
電流：I=$\frac{U}{R+r}=\frac{6}{2}A=3A$
F_合=F_安=BIl=6N…③
$a=\frac{{F}_{合}}{m}=1m/{s}^{2}$a=$\frac{{F}_{合}}{m}$=$\frac{6}{1}$=6m/s²…④
（2）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即：F_安=f…⑤
則：BIl=μmg
$I=\frac{μmg}{Bl}=2.5A$…⑥
E-?=I（R+r） 得：?=E-I（R+r）=5V…⑦
由?=Blv得：
$v=\frac{?}{Bl}=2.5m/s$…⑧
（3）$h=\frac{1}{2}g{t}^{2}=0.8m$…⑨
x=vt…⑩
得：t=0.4s，x=1m＞0.8m
知金屬棒能夠落到對(duì)面的平臺(tái)．
答：（1）金屬棒速度為2m/s時(shí)金屬棒的加速度為6m/s²．
（2）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的速度為2.5m/s．
（3）金屬棒能夠落到對(duì)面的平臺(tái)

點(diǎn)評(píng) 本題是電磁感應(yīng)與電路和動(dòng)力學(xué)的綜合，注意產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電源電動(dòng)勢(shì)方向相反，結(jié)合閉合電路歐姆定律、牛頓第二定律等知識(shí)進(jìn)行求解