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如图所示,有一磁感强度B=0.1T的水平匀强磁场,垂直匀强磁场放置一很长的光滑金属框架,框架上有一导体ab保持与框架边垂直、由静止开始下滑.已知ab长10cm,质量为0.1kg,电阻为0.1Ω,框架电阻不计,取g=10m/s2.求:
(1)导体ab下落的最大加速度和最大速度;
(2)导体ab在最大速度时产生的电功率.
分析:(1)导体ab向下先做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到0,即安培力等于重力时,速度达到最大.因此导体刚释放时达到最大加速度.匀速运动时速度最大.根据牛顿第二定律求最大加速度.根据安培力与速度的关系和平衡条件求解最大速度.
(2)根据电功率公式P=I2R,可得导体在最大速度时的电功率.
解答:解:(1)对ab杆受力分析,受两个力:重力和安培力,根据牛顿第二定律有 mg-F=ma,要使a最大,而mg都不变,那F就得最小,而安培力的最小值是0,也就是刚下滑的瞬间,a最大,解得最大速度为:am=g=10m/s2
当最大速度时,那么a=0,所以有
  mg-F=0,
即  mg=BIL,
根据欧姆定律得  I=
BLv
R

联立以上两式得  mg=
B2L2v
R

则得 v=
mgR
B2L2
=
0.1×10×0.1
0.12×0.12
m/s=103m/s
(2)导体ab在最大速度时产生的电功率:P=I2R,
又 I=
BLv
R

解得:P=
B2L2v2
R2
?R
=
0.12×0.12×106
0.12
?0.1
W=103W
答:(1)导体ab下落的最大加速度为10m/s2,最大速度为103m/s;(2)导体ab在最大速度时产生的电功率为103W.
点评:解决本题的关键能够结合牛顿第二定律分析出金属棒的运动情况,知道当加速度为0时,速度最大.并利用还可以求出安培力的功率即为求解最大电功率.
练习册系列答案
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(1)导体ab下落的最大加速度;
(2)导体ab下落的最大速度;
(3)导体ab在最大速度时产生的电功率.

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如图所示,有一磁感强度B=0.1T的水平匀强磁场,垂直匀强磁场放置一很长的金属框架,框架上有一导体ab保持与框架边垂直、由静止开始下滑.已知ab长100cm,质量为0.1kg,电阻为0.1Ω,框架电阻不计,取g=10m/s2,求:
(1)导体ab下落的最大加速度和最大速度;
(2)导体ab在最大速度时产生的电功率.

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(1)导体ab下落的最大加速度和最大速度;

(2)导体ab在最大速度时产生的电功率.

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