(2008?江苏)如图所示,间距为L的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为θ,导轨光滑且电阻忽略不计

2025-05-01 23:01:40
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回答1:

(1)a和b不受安培力作用,由机械能守恒知△Ek=mgd1sinθ①
(2)设导体棒刚进入无磁场区域时的速度为v1,刚离开无磁场区域时的速度为v2,由能量守恒知
在磁场区域中,

1
2
m
v
+Q=
1
2
m
v
+mgd1sinθ ②
在无磁场区域中 
1
2
m
v
1
2
m
v
+mgd2sinθ
  ③
解得 Q=mg(d1+d2)sinθ  ④
(3)在无磁场区域,根据匀变速直线运动规律有 v2-v1=gtsinθ⑤
且平均速度 
v1+v2
2
d2
t
 ⑥
有磁场区域,棒a受到合力 F=mgsinθ-BIl ⑦
感应电动势 ε=Blv ⑧
感应电流   I=
ε
2R
 ⑨
解得 F=mgsinθ?
B2l2
2R
v
 ⑩
根据牛顿第二定律得,F=ma=m
△v
△t

在t到t+△t时间内
 
 
(mgsinθ-
B2l2v
2R
)△t=
 
 
m△v
则有mgsinθ
 
 
△t-
B2l2
2R
 
 
v△t=m
 
 
△v
解得v1-v2=gtsinθ-
B2l2
2mR
d1

联立⑤⑥解得 v1
4mgRd2
B2l2d1
sinθ?
B2l2d1
8mR

由题意知v=v1
4mgRd2
B2l2d1
sinθ?
B2l2d1
8mR

答:(1)b穿过第1个磁场区域过程中增加的动能△Ek为mgd1sinθ.
(2)b穿过第2个磁场区域过程中,两导体棒产生的总焦耳热Q为mg(d1+d2)sinθ.
(3)a穿出第k个磁场区域时的速率v为
4mgRd2
B2l2d1
sinθ
-
B2l2d1
8mR