(1)金属棒开始下滑的初速为零,根据牛顿第二定律有:
mgsinθ-μmgcosθ=ma…①
由①式解得:a=g(sinθ-μcosθ)=10×(O.6-0.25×0.8)m/s2=4m/s2…②
故金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小为4m/s2.
(2)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡,有:
mgsinθ-μmgcosθ-F=0…③
此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率:P=Fv…④
由③、④两式解得:v=
=P F
=P mg(sinθ?μcosθ)
m/s=10m/s…⑤8 0.2×10×(0.6?0.25×0.8)
故当金属棒下滑速度达到稳定时,棒的速度大小为10m/s.
(3)设电路中电流为I,两导轨间金属棒的长为l,磁场的磁感应强度为B,感应电流为:
I=
…⑥BLv R
功率为:P=I2R…⑦
由⑥、⑦两式解得:B=
=
PR
vL
T=0.8T…⑧
8×8
10×1
故磁感应强度的大小为0.4T,方向垂直导轨平面向上.
答:(1)金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小为4m/s2;
(2)该速度的大小为10m/s;
(3)在上问中,若R=2Ω,磁感应强度的大小为0.8T.