(3)滑块由A点运动到B点过程中,由牛顿运动定律有:
mgsin37°-Ff=ma
FN=mgcos37°
且Ff=μFN
联立以上各式,代入数据解得a=4m/s2
设A、B两点间的距离为L,由运动学公式vB2=2aL
由几何关系有h=Lsin37°
联立以上各式,代入数据解得h=1.38m
20.(16分)如图,光滑平行金属导轨间距为L,与水平面夹角为θ,两导轨上端用阻值为R的电阻相连,该装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面。质量为m的金属杆ab以沿导轨平面向上的初速度v0从导轨底端开始运动,然后又返回到出发位置。在运动过程中,ab与导轨垂直且接触良好,不计ab和导轨的电阻及空气阻力。
(1)求ab开始运动时的加速度a;
(2)分析并说明ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况;
(3)分析并比较ab上滑时间和下滑时间的长短。
20.解:(1)ab开始运动时产生的感应电动势E=BLv0
回路中的感应电流
杆受的安培力:
对金属杆受力分析如图所示,由牛顿第二定律有:mgsinθ+F安=ma
解得
(2)杆上滑时,合力F=mgsinθ+F安,与运动方向相反,杆做减速运动,随着速度减小,F安减小,合力减小,加速度减小,杆做加速度减小的减速运动,到达一定高度后速度为零。
在最高点,杆速度为零,加速度为gsinθ,方向滑斜面向下。
以后杆开始下滑,受力分析如图所示,合力F=mgsinθ+F安,与运动方向相同,杆做加速运动,随着速度增加,F安增大,合力减小,加速度减小,杆做初速度为零,加速度减小的加速运动。
(3)下滑与上滑经过的位移大小相等,而上滑时杆的加速度大于gsinθ,下滑时杆的加速度小于gsinθ,因此,上滑时平均加速度大于下滑时的平均加速度,由运动规律可知,上滑所需的时间小于下滑所需的时间。