Question

13．如圖所示，光滑的金屬軌道分為水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心，N為軌道交點．兩軌道之間寬度為0.5m，勻強磁場方向豎直向上，大小為0.5T．質(zhì)量為0.05kg的金屬細桿置于軌道上的M點．當在金屬細桿內(nèi)通以電流強度為2A的恒定電流時，其可以沿軌道由靜止開始向右運動．已知MN=OP=1.0m，金屬桿始終垂直軌道，OP沿水平方向，則（　　）

• A． 金屬細桿在水平段運動的加速度大小為5m/s²
• B． 金屬細桿運動至P點時的向心加速度大小為10m/s²
• C． 金屬細桿運動至P點時的速度大小為0
• D． 金屬細桿運動至P點時對每條軌道的作用力大小為0.75N

Answer 1

分析 根據(jù)牛頓第二定律和安培力公式結(jié)合求解金屬細桿開始運動時的加速度大�。�
金屬細桿由于受到安培力作用而沿水平導(dǎo)軌加速運動，滑到圓弧段的P點時，由安培力和軌道的支持力的合力提供向心力，先根據(jù)動能定理求出金屬桿到達P點時的速度大小，再根據(jù)向心加速度公式a=$\frac{{v}^{2}}{r}$求解到P點時的向心加速度大小，由牛頓第二定律求每個軌道對細桿的作用力，再由牛頓第三定律求細桿對每一條軌道的作用力．

解答 解：
A、根據(jù)牛頓第二定律得：金屬細桿開始運動時的加速度大小為 a=$\frac{BIL}{m}$=$\frac{0.5×2×0.5}{0.05}$m/s²=10m/s²；故A錯誤．
B、金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小為 a=$\frac{{v}^{2}}{R}$=20m/s²．故B錯誤．
C、設(shè)金屬細桿運動到P點時的速度大小為v．
從M到P過程，由動能定理得：
-mgR+BIL（MN+OP）=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
則得：v=$\sqrt{\frac{2BIL（MN+OP）-2mgR}{m}}=\sqrt{\frac{2×0.5×2×0.5×（1+1）-2×0.05×10×1}{0.05}}$m/s=2$\sqrt{5}$m/s；故C錯誤．
D、在P點，設(shè)每一條軌道對細桿的作用力大小為N，由牛頓第二定律得：2N-BIL=ma
代入數(shù)據(jù)解得：N=$\frac{ma+BIL}{2}=\frac{0.05×20+0.5×2×0.5}{2}$N=0.75N
由牛頓第三定律得細桿在P點對每一條軌道的作用力大小為N′=N=0.75N．故D正確．
故選：D．

點評 本題中安培力是恒力，可以根據(jù)功的公式求功，運用動能定理求速度，再根據(jù)牛頓運動定律求解軌道的作用力，也就是說按力學的方法研究通電導(dǎo)體的運動問題．