题目内容
(25分)如图所示，两个金属轮A1、A2，可绕通过各自中心并与轮面垂直的固定的光滑金属轴O1和O2转动，O1和O2相互平行，水平放置.每个金属轮由四根金属辐条和金属环组成，A1轮的辐条长为a1、电阻为R1，A2轮的辐条长为a2、电阻为R2，连接辐条的金属环的宽度与电阻都可以忽略.半径为a0的绝缘圆盘D与A1同轴且固连在一起.一轻细绳的一端固定在D边缘上的某点，绳在D上绕足够匝数后，悬挂一质量为m的重物P.当P下落时，通过细绳带动D和A1绕O1轴转动.转动过程中，A1、A2保持接触，无相对滑动；两轮与各自细轴之间保持良好的电接触；两细轴通过导线与一阻值为R的电阻相连.除R和A1、A2两轮中辐条的电阻外，所有金属的电阻都不计.整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与转轴平行.现将P释放，试求P匀速下落时的速度.
解析：
P被释放后，细绳的张力对D产生机械力矩，带动D和A1作逆时针的加速转动.通过两个轮子之间无相对运动的接触，A1带动A2作顺时针的加速转动.由于两个轮子的辐条切割磁场线，所以在A1产生由周边沿辐条指向轴的电动势，在A2产生由轴沿辐条指向周边的电动势，经电阻R构成闭合电路.A1、A2中各辐条上流有沿电动势方向的电流，在磁场中辐条受到安培力.不难看出，安培力产生的电磁力矩是阻力矩，使A1、A2加速转动的势头减缓.A1、A2从起始的静止状态逐渐加速转动，电流随之逐渐增大，电磁阻力矩亦逐渐增大，直至电磁阻力矩与机械力矩相等，D、A1和A2停止作加速转动，均作匀角速转动，此时P匀速下落，设其速度为v，则A1的角速度
(1)
A1带动A2转动，A2的角速度ω2与A1的角速度ω1之间的关系为
ω1a1=ω2a2 (2)
A1中每根辐条产生的感应电动势均为
(3)
轴与轮边之间的电动势就是A1中四条辐条电动势的并联，其数值见(3)式.
同理，A2中，轴与轮边之间的电动势就是A2中四条辐条电动势的并联，其数值为
(4)
A1中，每根辐条的电阻为R1，轴与轮功之间的电阻是A1中四条辐条电阻的并联，其数值为 
(5)
A2中，每根辐条的电阻为R2，轴与轮功之间的电阻是A2中四条辐条电阻的并联，其数值为 
(6)
A1轮、A2轮和电阻R构成串联回路，其中的电流为
(7)
以(1)至(6)式代入(7)式，得
(8)
当P匀速下降时，对整个系统来说，重力的功率等于所有电阻的焦耳热功率之和，即
(9)
以(8)式代入(9)式得
(10)
评分标准：(本题25分)
(1)、(2)式各2分，(3)、(4)式各3分，(5)、(6)、(7)式各2分，(9)式6分，(10)式3分.
世纪百通期末金卷系列答案
25②（供选用《选修3-l》物理课教材的学生做）
2008年9月25日21点10分04秒，搭载翟志刚、刘伯明和景海鹏三名宇航员的神舟七号飞船从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用长征二号F火箭发射升空．此次载人航天飞行，实现了中国历史上宇航员第一次出舱进行太空行走，飞船共计飞行2天20小时27分钟．于2008年9月28日17点37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场．如图所示，假设飞船在绕地球椭圆轨道无动力运行，地球的中心位于椭圆的-个焦点上，其中A为椭圆轨道的近地点，B为椭圆轨道的远地点．则飞船从A点开始沿椭圆轨道运行到B的过程中，下列论述正确的是（ ）
的圆柱空间中（图中圆为其横截面）充满磁感应强度大小为
的均匀磁场，其方向平行于轴线远离读者．在圆柱空间中垂直轴线平面内固定放置一绝缘材料制成的边长为
的刚性等边三角形框架
，其中心
位于圆柱的轴线上．
边上
点（
）处有一发射带电粒子的源，发射粒子的方向皆在图中截面内且垂直于
（＞0），质量皆为
，但速度
有各种不同的数值．若这些粒子与三角形框架的碰撞均为完全弹性碰撞，并要求每一次碰撞时速度方向垂直于被碰的边．试问：
10分）如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1.0m，导轨平面与水平面成θ=37??角，下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为0.20kg，电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25。⑴求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；⑵当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为8.0W，求该速度的大小；⑶在第2问中，若R=2.0Ω，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小和方向。（g=10m/s2，sin37??=0.60，cos37??=0.80）