题目内容

【题目】如图所示,平行光滑金属导轨由水平部分和倾斜部分组成,且二者平滑连接。导轨水平部分MN的右侧区域内存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.4T。在距离磁场左边界线MNd=0.8m处垂直导轨放置一个导体棒a,在倾斜导轨高h=0.2m处垂直于导轨放置导体棒b。将b棒由静止释放,最终导体棒ab速度保持稳定。已知轨道间距L=0.5m,两导体棒质量均为m=0.1kg,电阻均为R=0.1Ω,g=10m/s2,不计导轨电阻,导体棒在运动过程中始终垂直于导轨且接触良好,忽略磁场边界效应。求:

1)导体棒刚过边界线MN时导体棒a的加速度大小;

2)从初始位置开始到两棒速度稳定的过程中,感应电流在导体棒a中产生的热量;

3)两棒速度稳定后二者之间的距离。

【答案】1;(2;(3

【解析】

(1)设导体棒b滑到边界线MN的速度大小为v0,在其到达水平轨道过程中机械能守恒,则有

导体棒b通过边界线MN时,发生电磁感应现象,导体棒a受到安培力作用而产生加速度即将开始运动,由电磁感应现象和牛顿第二定律可得

解得

(2)当导体棒b进入磁场后,ab棒组成系统在水平方向合力为零,系统满足动量守恒和能量守恒。当导体棒速度稳定时,两者做速度相等的匀速运动

解得

(3)设两棒速度稳定后两棒之间的距离为l,从b棒进入磁场到二者共速的过程中,对导体棒a由动量定理可得

联立以上各式可得

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