题目内容
如图所示，两根相同的平行金属直轨道竖直放置，上端用导线接一定值电阻，下端固定在水平绝缘底座上。底座中央固定一根弹簧，金属直杆ab通过金属滑环套在轨道上。在MNPQ之间分布着垂直轨道面向里的匀强磁场，现用力压杆使弹簧处于压缩状态，撤力后杆被弹起，脱离弹簧后进入磁场，穿过PQ后继续上升，然后再返回磁场，并能从边界MN穿出，此后不再进入磁场。杆ab与轨道的摩擦力大小恒等于杆重力的
倍。已知杆向上运动时，刚穿过PQ时的速度是刚穿过MN时速度的一半，杆从PQ上升的最大高度（未超过轨道上端）是磁场高度的n倍；杆向下运动时，一进入磁场立即做匀速直线运动。除定值电阻外不计其它一切电阻，已知重力加速度为g。求：
（1）杆向上穿过PQ时的速度与返回PQ时的速度大小之比v1：v2；
（2）杆向上运动刚进入MN时的加速度大小a；
（3）杆向上、向下两次穿越磁场的过程中产生的电热之比Q1：Q2。
（1）
；（2）
；（3）
【解析】
试题分析：（1）设杆从PQ上升的最大高度为h，上升过程中的加速度大小为
，
则
，
； （1分）
下降过程中的加速度大小
，
则
，
； （1分）
。 （2分）
（2）设杆质量为m，长度为l，定值电阻阻值为R。
杆刚进入MN时的速度为v0，切割产生的电动势
，回路中的电流
，
ab杆受到的安培力大小为
，方向竖直向下。① （1分）
杆刚进入MN时，由牛顿第二定律
，
得
。② （1分）
由题意，杆下落进入磁场做匀速运动，速度为v2，
切割产生的电动势
，
此时回路中的电流
，
ab杆受到的安培力大小为
，③ （1分）
这一过程中杆受力平衡，即
，可得
。 （1分）
由（1）问
，且
，可得
。④
由①③④，可得
， （2分）
代入②中，可得
。 （2分）
（3）设磁场高度为d，向上穿过磁场的过程中，由动能定理
⑤（1分）
杆过PQ后继续上升了nd，这一过程由动能定理
⑥ （1分）
由⑤⑥得，
。 （1分）
杆下落过程中，
。 （1分）
则
。 （2分）
考点：本题考查牛顿运动定律、动能定理、法拉第电磁感应定律、功能关系。
