如图所示,电阻不计的光滑倾斜金属导轨ab、cd,间距l=1 m,与水平面的夹角θ=37°,ac间连接R=3.0Ω的电阻。空间充满B 0 =2 T匀强磁场,方向垂直于导轨平面向上。质量m=0.5 kg的金属棒MN接入电路的有效阻值r=1.0Ω,在距ac为x 0 =0.5 m的导轨上由静止释放,金属棒向下运动的过程中始终与ac平行且与导轨接触良好。金属导轨足够长,g取10 m/s 2 ,sin37°=0.6,cos37°=0.8。 (1)求金属棒能够达到的最大速度v m 。 (2)若金属棒刚达到最大速度时回路产生的焦耳热Q=1.35 J,求金属棒向下滑行的距离x及通过电阻R的电荷量q。 (3)若将由静止释放金属棒的时刻记作t=0,从此时刻开始,为使金属棒中不产生感应电流,可让磁感应强度按一定的规律变化。试写出磁感应强度B随时间t变化的表达式。
【正确答案】正确答案:(1)当金属棒达到最大速度v m 时,MN受到的安培力等于重力斜向下的分力,即mgsin37°= ,解得v m =3 m/s (2)由能量守恒定律得到,金属棒刚达到最大速度时回路产生的焦耳热Q=mgsin 37°x一 解得x=1.2m,通过电阻R的电荷量 (3)如果金属捧中不产生感应电流,则金属棒向下做匀变速运动,向下滑行的距离 。则金属棒围成的闭合回路过的磁通量为φ=BS= 。由题意可知φ应不随时间t变化,因此有
【答案解析】