Question

如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=20Ω的电阻，

如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角θ=30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=20Ω的电阻，导轨电阻忽略不计，导轨宽度L=2m，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=1T．质量m=0.1kg、连入电路的电阻r=10Ω的金属棒ab在较高处由静止释放，当金属棒ab下滑高度h=3m时，速度恰好达到最大值v=2m/s．金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触g取10m/s 2 ．求：（1）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量．（2）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻R中产生的热量．

Answer 1

（1）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中，金属棒ab机械能的减少量 △E=mgh- 1 2 m v 2 =2.8J  ① （2）速度最大时，金属棒ab产生的电动势e=BLv ② 产生的感应电流  I= e r+ R 2    ③ 此时棒所受的安培力  F=BIL  ④ 由平衡条件得，摩擦力 f=mgsin30°-F ⑤ 由能量守恒得，损失的机械能等于金属棒ab克服摩擦力做功和产生的电热之和 电热 Q=△E- fh sin30°   ⑥ 上端电阻R中产生的热量Q R = Q 4  ⑦ 联立①②③④⑤⑥⑦式得：Q R =0.55J  ⑧ 答： （1）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量为2.8J． （2）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻R中产生的热量为0.55J．