题目内容

【题目】如图所示,间距为L的两光滑的“V”字型导轨位于方向竖直向上的匀强磁场中,倾角为θ的倾斜部分,与底部平滑连接。在导轨左侧通过单刀三掷开关S可分别与电源E(内阻为r)、电阻R和极板为M 和N的不带电的电容为C的电容连接。当开关掷向1,长为L、质量为m的导体棒ab恰好静止在高为h 的导轨斜面上。已知电容始终工作在额定电压范围内,导体棒ab在运动过程中始终与导轨垂直,且接触良好,不计其它一切电阻,倾角θ较小,不计电磁辐射。在处理竖直向上的磁场时,可将磁场方向分解为垂直斜面方向和平行斜面方向两个分量,由于导轨光滑,可不考虑平行斜面分量对导体棒运动的影响。求:

(1)求磁感应强度的大小;

(2)S掷向2,试分析棒的运动情况,并求电阻消耗的总焦耳热;

(3)断开S,将导体棒ab放回原处,S掷向3的同时静止释放导体棒,试分析棒在左右两侧斜面上的运动情况。

【答案】(1);(2)mgh;(3)棒在左侧斜面上做匀加速运动,加速度;棒在右侧斜面上做匀减速运动,加速度,其运动方式左右对称

【解析】

(1)导体棒ab恰好静止在高为h 的导轨斜面上,安培力沿斜面的分力与重力沿斜面的分力平衡,得

回路中的电流

解得

(2)S掷向2,导体棒作阻尼运动,终止在最低点,由能量守恒定律,电阻(R+r)消耗的总焦耳热为mgh。

(3)左侧斜面,由牛顿第二定律,有

回路中电流

棒在左侧斜面上的加速度

所以棒在左侧斜面上做匀加速运动。

右侧斜面,由牛顿第二定律,有

回路中电流

棒在右侧斜面上的加速度

所以棒在右侧斜面上做匀减速运动,其运动方式左右对称。

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