例1、如图所示,是两根固定的足够长的平行金属导轨,其间的距离为,导轨平面与水平面的夹角为,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方向的匀强磁场,磁感应强度为,在导轨的端连接有一个阻值为的电阻。一根垂直于导轨放置的金属棒,质量为,从静止开始沿导轨下滑,已知与导轨间的动摩擦因数为。
(1)分析棒下滑过程中的运动性质,画出其受力示意图。
(2)求棒的最大速度。
解析:(1)下滑做切割磁感线运动,产生的感应电流方向垂直于纸面向外。受力如图所示,受到重力,支持力、摩擦力、安培力四个力的作用;随着速度的增大,感应电流在增大,安培力也在逐渐增大,而合外力在逐渐减小,加速度就逐渐减小,故棒做初速度为零,加速度逐渐减小的加速运动,当加速度为零时速度最大,最后做匀速直线运动。
(2)设当棒的速度为时,感应电动势为,电路中的电流为,则。
由牛顿第二定律:。
解得:。
当加速度为零时速度最大,。
例2、如图所示,在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中,有两根水平放置相距且足够长的平行金属导轨,在导轨的端连接一阻值为的电阻,一根垂直于导轨放置的金属棒,质量为,导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦不计,若用恒力沿水平方向向右拉棒使之运动,(1)求金属棒的最大速度。
(2)如果棒与导轨间的动摩擦因数为,其他条件均不变,则棒的最大速度为多少?
答案:(1);(2)。
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