Question

【题目】如图所示，电阻不计且足够长的U型金属框架放置在倾角θ=37°的绝缘斜面上，该装置处于垂直斜面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小B=0.4T。质量m=0.2kg、电阻R=0.3Ω的导体棒ab垂直放在框架上，与框架接触良好，从静止开始沿框架无摩擦地下滑。框架的质量M=0.4kg、宽度l=0.5m，框架与斜面间的动摩擦因数μ=0.7，与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8)

(1)若框架固定，求导体棒的最大速度vm；

(2)若框架固定，导体棒从静止开始下滑6m时速度v1=4m/s，求此过程回路中产生的热量Q及流过导体棒的电量q；

(3)若框架不固定，求当框架刚开始运动时导体棒的速度大小v2。

Answer 1

【答案】（1） （2） ; （3）

【解析】试题分析：若框架固定，导体棒匀速下滑时速度最大，根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和平衡条件结合求解最大速度vm；根据能量转化和守恒定律求解热量Q．由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的定义式结合求解电量q。当框架刚开始运动时所受的静摩擦力达到最大，由平衡条件求解回路中电流，再由法拉第电磁感应定律、欧姆定律结合求解．

（1）棒ab产生的电动势①

回路中感应电流②

棒ab所受的安培力③

对棒ab：④

当加速度时，最大速度⑤

（2）根据能量转化和守恒有⑥

解得：⑦

⑧

（3）回路中感应电流⑨

框架上边所受安培力⑩

对框架有

联立解得：．