Question

（2011?上海）電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)S=1.15m，兩導(dǎo)軌間距L=0.75m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R=1.5Ω的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向上．阻值r=0.5Ω，質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開(kāi)始下滑至底端，在此過(guò)程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Q_r=0.1J．（取g=10m/s²）求：
（1）金屬棒在此過(guò)程中克服安培力的功W_安；
（2）金屬棒下滑速度v=2m/s時(shí)的加速度a．
（3）為求金屬棒下滑的最大速度v_m，有同學(xué)解答如下：由動(dòng)能定理W重-W安=

1

2

mvm2，…．由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說(shuō)明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答．

Answer 1

分析：金屬棒在此過(guò)程中克服安培力的功W_安等于整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱．金屬棒下滑過(guò)程中，受到重力、支持力和安培力，求出安培力，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度．根據(jù)動(dòng)能定理，辨析此時(shí)同學(xué)的解法．

解答：解：（1）下滑過(guò)程中安培力的功即為在金屬棒和電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，
   由于R=3r，因此Q_R=3Q_r=0.3J
   故W_安=Q=Q_R+Q_r=0.4J
（2）金屬棒下滑時(shí)受重力和安培力F安=BIL=

B2L2

R+r

v
    由牛頓第二定律mgsin30°-

B2L2

R+r

v=ma
     故a=gsin30°-

B2L2

m(R+r)

v=10×

1

2

-

0.82×0.752×2

0.2×(1.5+0.5)

=3.2(m/s2)
（3）此解法正確．
   金屬棒下滑時(shí)重力、支持力和安培力作用，根據(jù)牛頓第二定律
       mgsin30°-

B2L2

R+r

v=ma
   上式表明，加速度隨速度增加而減小，棒作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)．無(wú)論最終是否達(dá)到勻速，當(dāng)棒到達(dá)斜面底端時(shí)速度一定為最大．由動(dòng)能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正確．
       mgSsin30°-Q=

1

2

mvm2
    故vm=

2gSsin30°- 2Q m

=

2×10×1.15× 1 2 - 2×0.4 0.2

=2.74(m/s)

點(diǎn)評(píng)：本題電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題，考查電磁感應(yīng)、焦耳定律，動(dòng)能定理，牛頓定律等知識(shí)綜合應(yīng)用和分析能力．第一問(wèn)中，不能認(rèn)為金屬棒在此過(guò)程中克服安培力的功W_安等于金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱．