题目内容

如图甲所示,“月”字形轨道的每一短边的长度都等于a,只有三根平行的短边有电阻,阻值都是r,不计其它各边电阻.使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置,如图乙所示.一根质量为m的条形磁铁,其横截面是边长为a的正方形,磁铁与导轨间的摩擦不计,磁铁与导轨间绝缘.假定导轨区域内的磁场全部集中在磁铁的端面,并可近似为匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直导轨平面.开始时让磁铁从轨道上某一位置由静止下滑,使磁铁恰能匀速进入正方形2.在磁铁从开始运动到其端面与正方形1重合的过程中,求:(已知重力加速度为g)

(1)磁铁下滑时离正方形2上边的距离S;

(2)上述过程中通过MN边的感应电荷量q;

(3)上述过程中所有电阻产生的热量Q.

答案:
解析:

  解:(1)设磁铁匀速进入正方形2的速度为v,等效电路如下图所示.

  感应电动势  (1分)

  总电阻  (1分)

  感应电流  (1分)

  切割磁感线的短边受到的安培力  (1分)

  短边受到的安培力与磁铁受到的力是作用力与反作用力

  根据平衡条件  (1分)

  联立①-⑤解得:  (1分)

  由机械能守恒  (2分)

  解得:  (1分)

  (2)当磁铁进入正方形1时,仍以速度v做匀速运动.整个过程磁铁运动经历的时间  (2分)

  解得:  (1分)

  又mgsinθ=BIa解得:

  则通过MN边的感应电荷量  (2分)

  (3)根据能量守恒定律Q=2mg asinθ  ⑨  (4分)

  注:其它解法正确的同样给分.


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