(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,
m1 2
+Q=
v
m1 2
+mgd1sinθ ②
v
在无磁场区域中
m1 2
=
v
m1 2
+mgd2sinθ ③
v
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
⑥d2 t
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=
⑨ε 2R
解得 F=mgsinθ?
v ⑩
B2l2
2R
根据牛顿第二定律得,F=ma=m
△v △t
在t到t+△t时间内
(mgsinθ-
)△t=
B2l2v 2R
m△v
则有mgsinθ
△t-
B2l2
2R
v△t=m
△v
解得v1-v2=gtsinθ-
d1
B2l2
2mR
联立⑤⑥解得 v1=
sinθ?4mgRd2
B2l2d1
B2l2d1
8mR
由题意知v=v1=
sinθ?4mgRd2
B2l2d1
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
sinθ-4mgRd2
B2l2d1
.
B2l2d1
8mR