题目内容

(18分)如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m,导轨所在空间被分成区域I和II,两区域的边界与斜面的交线为MN,I中的匀强磁场方向垂直斜面向下,II中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T。在区域I中,将质量,电阻的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域II中将质量,电阻的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑,cd在滑动过程中始终处于区域II的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取,问

(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;
(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大?
(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是多少?
(1)由a流向b;(2);(3)

试题分析:(1)由右手定则可以判断电流方向由a流向b
(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大摩擦力,设其为Fmax,有
        ①
设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有
         ②
设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有
        ③
设ab所受安培力为F,有
         ④
此时ab受到的最大摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有
      ⑤
联立①②③④⑤式,代入数据解得:
                               ⑥
(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q,由能量守恒定律有
        ⑦
由串联电路规律有
        ⑧
联立解得:                  ⑨
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