如圖所示,兩足夠長平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L,導(dǎo)軌平面與水平面夾角α=30°,導(dǎo)軌電阻不計.磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直導(dǎo)軌平面向上,長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R.兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路,燈泡的電阻R
L=4R,定值電阻R
1=2R,電阻箱電阻調(diào)到使R
2=12R,重力加速度為g,現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放,試求:
(1)金屬棒下滑的最大速度為多大?
(2)當(dāng)金屬棒下滑距離為S
0時速度恰好達到最大,求金屬棒由靜止開始下滑2S
0的過程中,整個電路產(chǎn)生的焦耳熱Q?
(1)當(dāng)金屬棒勻速下滑時速度最大,設(shè)最大速度為v
m,達到最大時,則根據(jù)平衡條件有
mgsinθ=F
安又 F
安=ILB,I=
,E=BLv
mR
總=R
1+
+R=2R+
+R=6R
聯(lián)立解得最大速度:v
m=
(2)由能量守恒知,mg?2S
0sin30°=Q+
m解得,Q=mgS
0-
m=mgS
0-
答:(1)金屬棒下滑的最大速度為
.
(2)金屬棒由靜止開始下滑2S
0的過程中,整個電路產(chǎn)生的焦耳熱Q為mgS
0-
.