如图所示,两根足够长的平行金属导轨由倾斜和水平两部分平滑连接组成,导轨间距L=1m,倾角θ=45°,水平部分处于磁感应强
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解题思路:(1)金属棒下降的过程中,重力与摩擦力做功的和等于动能的增加.

(2)运用法拉第电磁感应定律求出感应电动势,求出安培力,再使用牛顿第二定律求出加速度;

(3)运用动量守恒定律求出棒cd距离MN的最小距离时它们的共同速度,运用动量定理求出速度的变化量.根据能量守恒定律,求出产生的焦耳热.

(1)对ab运用动能定理得

m1gh−μm1gcos45°•

h

sin45°=

1

2m1

v20

代人数据得:v0=

2gh−2μgh=

2×10×1−2×0.2×10×1m/s=4m/s

(2)棒ab运动到MN处,cd加速度最大

Em=BLv0

Im=

Em

R1+R2

∴Fm=BImL=

B2L2v0

R1+R2=

12×12×4

1+3N=1N

由牛顿第二定律:Fm-μm2g=m2a

解得:a=3m/s2

(3)在不相碰的情况下,两棒最终速度必相等,设为vm,ab、cd组成的系统在水平方向任一时刻ab棒与cd棒受到的安培力总是大小相等,方向相反,故系统的水平方向的动量守恒,得:

mv0=2mvm

即:vm=

v0

2=2m/s

设某时刻ab的速度为v1,cd的速度为v2,在极小的△t内,ab速度变化为△v

则:ΦE=

△Φ

△t=BL(v1−v2)

I=

E

R1+R2

由牛顿运动定律有F1=m1

△v

△t=

B2L2(v1−v2)

R1+R2

得v1−v2=

(R1+R2)m1

B2L2•

△v

△t

两棒在水平导轨运动的相对位移,即为两棒不相碰的最小距离,

S0=∑(v1−v2)△t=

(R1+R2)m1

B2L2∑△v=

(R1+R2)m1

B2L2•(v0−

1

2v0)=

(R1+R2)m1v0

2B2L2

联立以上各公式,代人数据求得:s0=1.6m

答:(1)棒ab运动到MN处的速度大小是4m/s;

(2)棒cd运动的最大加速度3m/s2

(3)棒cd距离MN的最小距离是1.6m

点评:

本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;动能定理的应用;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 该题考查了多个知识点的综合运用.做这类问题我们还是应该从运动过程和受力分析入手研究,运用一些物理规律求解问题.

能量的转化与守恒的应用非常广泛,我们应该首先考虑.

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