Question

【題目】如圖所示，間距l＝0.3 m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi)．在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0.4 T、方向豎直向上和B2＝1 T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．電阻R＝0.3 Ω、質(zhì)量m1＝0.1 kg、長(zhǎng)為l的相同導(dǎo)體桿K，S，Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1，b2點(diǎn)，K，Q桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好．一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m2＝0.05 kg的小環(huán)．已知小環(huán)以a＝6 m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)．不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長(zhǎng)．取g＝10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：

(1)小環(huán)所受摩擦力的大小；

(2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率．

Answer 1

【答案】(1) (2)

【解析】試題分析：(1)以小環(huán)為研究對(duì)象，在環(huán)沿繩下滑過(guò)程中，受重力m2g和繩向上的摩擦力f，由牛頓第二定律知m2g－f＝m2a.

代入數(shù)據(jù)解得f＝m2(g－a)＝0.05×(10－6) N＝0.2 N.

(2)根據(jù)牛頓第二定律知，小環(huán)下滑過(guò)程中對(duì)繩的反作用力大小f′＝f＝0.2 N，所以繩上的張力FT＝0.2 N．設(shè)導(dǎo)體棒K中的電流為IK，則它所受安培力FK＝B1IKl，對(duì)導(dǎo)體棒K，由平衡條件知FT＝FK，所以電流IK＝A.

因?yàn)閷?dǎo)體棒Q運(yùn)動(dòng)切割磁感線而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源．等效電路如圖所示，因K、S、Q相同，所以導(dǎo)體棒Q中的電流IQ＝2IK＝A

設(shè)導(dǎo)體棒Q運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，則E＝B2lv

由閉合電路的歐姆定律知IQ＝

解得v＝5 m/s

導(dǎo)體棒Q沿導(dǎo)軌向下勻速下滑過(guò)程中，受安培力FQ＝B2IQl

由平衡條件知F＋m1gsin 37°＝FQ

代入數(shù)據(jù)解得F＝0.4 N

所以Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率

P＝F·v＝0.4×5 W＝2 W．