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原题 (2014年天津理综)如图1所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4 m.导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,I中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁场感应度大小均为B=0.5 T,在区域I中,将质量m1=0.1 kg,电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑.然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4 kg,电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑,cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,[TP11GW112.TIF,Y#]ab、cd始终与轨道垂直且两端与轨道保持良好接触,取g=10 m/s2,问:
(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab将要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少.
答案 (1)a→b (2) 5 m/s (3) 1.3 J
由第2问知,金属条ab刚要向上滑动时,cd的速度v=5 m/s,而第3问告诉我们,导体棒cd从静止到速度变为5 m/s,滑动的距离为3.8 m.这里的3.8 m能改为其它值吗?
下面笔者利用积分的方法来验证当cd的速度变为5 m/s时,其滑动的距离是否为3.8 m.
cd棒在下滑的过程中,由牛顿第二定律得
.
由此可见,此处棒的下滑距离x=3.8 m是准确的,科学的.在电磁感应问题中,此种情况很多,根据棒的运动规律,利用积分的方法,是可以求出一段运动过程中对应的位移、以及速度的变化量的,只是中学不做要求,命题者常常把它作为已知量告诉学生,但通过上面的分析也提醒命题者在命制电磁感应习题时,要想将其中的一些量赋予具体的数值,一定要注重科学的严谨性,不能随意.
(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab将要向上滑动时,cd的速度v多大;
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少.
答案 (1)a→b (2) 5 m/s (3) 1.3 J
由第2问知,金属条ab刚要向上滑动时,cd的速度v=5 m/s,而第3问告诉我们,导体棒cd从静止到速度变为5 m/s,滑动的距离为3.8 m.这里的3.8 m能改为其它值吗?
下面笔者利用积分的方法来验证当cd的速度变为5 m/s时,其滑动的距离是否为3.8 m.
cd棒在下滑的过程中,由牛顿第二定律得
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由此可见,此处棒的下滑距离x=3.8 m是准确的,科学的.在电磁感应问题中,此种情况很多,根据棒的运动规律,利用积分的方法,是可以求出一段运动过程中对应的位移、以及速度的变化量的,只是中学不做要求,命题者常常把它作为已知量告诉学生,但通过上面的分析也提醒命题者在命制电磁感应习题时,要想将其中的一些量赋予具体的数值,一定要注重科学的严谨性,不能随意.