题目内容

如图所示,光滑平行的水平金属导轨MNPQ相距l,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻,在两导轨间矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场,磁感强度为B。一质量为m,电阻为r的导体棒ab,垂直搁在导轨上,与磁场左边界相距d0。现用一大小为F、水平向右的恒力拉ab棒,使它由静止开始运动,棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的接触,导轨电阻不计)。求:

(1)棒ab在离开磁场右边界时的速度;

(2)棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能;

(3)试分析讨论ab棒在磁场中可能的运动情况。

        

(1)

(2)

(3)分三种情况讨论:

①若(或),则棒做匀速直线运动;

②若(或),则棒先加速后匀速;

③若(或),则棒先减速后匀速。


解析:

(1)ab棒离开磁场右边界前做匀速运动,速度为vm,则有:

对ab棒=0,解得

(2)由能量守恒可得:

解得:

(3)设棒刚进入磁场时速度为v由:

棒在进入磁场前做匀加速直线运动,在磁场中运动可分三种情况讨论:

①若(或),则棒做匀速直线运动;

②若(或),则棒先加速后匀速;

③若(或),则棒先减速后匀速。

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