题目内容

如图所示,两根电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为,导轨间距为l,所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。如图所示,将甲、乙两阻值相同,质量均为m的相同金属杆放置在导轨上,甲金属杆处在磁场的上边界,甲、乙相距l。从静止释放两金属杆的同时,在金属杆甲上施加一个沿着导轨的外力F,使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动,且加速度大小a=gsinθ,乙金属杆进入磁场即做匀速运动。

(1)求每根金属杆的电阻R;

(2)从释放金属杆开始计时,写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中外力F随时间t变化的关系式,并说明F的方向;

(3)若从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙金属杆共产生热量Q,试求此过程中外力F对甲做的功。

(1)因为甲、乙加速度相同,所以,当乙进入磁场时,甲刚出磁场

乙进入磁场时的速度设为

则           ①

      ②

根据平衡条件有

       ③

           ④

             ⑤

            ⑥

由①②③④⑤⑥式解得: ⑦             

   (2)甲在磁场中运动时,外力F始终等于安培力

                        ⑧                                                                ⑨  

      由⑧⑨式解得:,方向沿导轨向下      ⑩

(3)乙进入磁场前,甲、乙发出相同热量,设为,则有

                       ⑾

又                 ⑿                

故外力F对甲做的功       ⒀

      甲出磁场以后,外力F为零

      乙在磁场中,甲、乙发出相同热量,设为,则有

             ⒁

又         ⒂

                    ⒃

      联立各式解得:     ⒄

评分标准:本题19分. (1)问7分,①、②、③、④、⑤、⑥、⑦式各1分;(2)问5分,⑧式1分,⑨式1分,⑩式3分(大小2分、方向1分);(3)问7分,⑾、⑿、⒀、⒁、⒂、⒃、⒄式各1分

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