⑴当一外力作用cd棒 t=5s的时间,恰好使ab棒以的速度做匀速运动,那么外力的冲量多大?
⑵若在5s末令cd棒突然停止运动,ab继续运动直到停止的过程中,通过其横截面的电量为10C,则在此过程中两根金属棒消耗的电能是多少?(设两棒不相碰,
)
解析:
⑴ab棒是由于cd棒切割磁感线运动产生感应电动势并在闭合电路产生感受应电流后,使其受到安培力作用而做加速运动。由分析知当它匀速时受安培力和摩擦力平衡:
┅①
,外力的冲量为
),
此时隐含cd也要匀速运动(设其速度为 对两棒组成的系统,由动理定理得: 但
┅③
┅②
解①–③得
⑵当cd突然停止,ab中流过的感应电流方向立即反向,因而受安培力反向使ab做变减速运动直到停止,设滑动的距离为x,由法拉第电磁感应定律得:④
因流过的电量为
┅⑤
┅⑥
┅
设两棒在该过程消耗的电能为W,由能量守恒得:
解④–⑤得
总结升华:此题以双杆为载体将受力分析、动量、能量、电磁感应等综合起来,其中ab棒匀速隐含cd棒也匀速是关键,也是易错点,此类题为高考的一大趋势。
迁移应用
【变式】如图,在离水平地面h高的地方上有一相距L的光滑轨道,左端接有已充电的电容器,电容为C,充电后两端电压为U1。轨道平面处于垂直向上的磁感应强渡为B的匀强磁场中。在轨道右端放一质量为m的金属棒,当闭合K,棒离开轨道后电容器的两极电压变为U2,求棒落在地面离平台多远的位置。
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分析与解:当L闭合时,电容器由于放电,形成放电电流,因而金属棒受磁场力作用做变加速运动,并以一定速度离开导轨做平抛运动,所以棒在导轨上运动时有 ,
即BIL△t=BL△q=BL(CU1-CU2)=BLC(U1-U2)=mv 棒做平抛运动时有,vt=S
所以
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