题目内容

【题目】如图所示,竖直放置的两根足够长的金属导轨相距为L,导轨的两端分别与电源(串有一滑动变阻器R)、定值电阻R0和开关K相连。整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场,其磁感应强度的大小为B。一质量为m,电阻为r的金属棒ab横跨在导轨上。已知电源电动势为E,不计电源电动势内阻,导轨的电阻。

(1)当K接1时,金属棒ab在磁场中恰好保持静止,则滑动变阻器接入电路的阻值R为多大?

(2)当K接2后,金属棒ab从静止开始下落,下落距离s时达到稳定速度,则下落s的过程中重力的冲量是多少?

(3)当K接2后,金属棒ab从静止开始下落,下落距离s时达到稳定速度,则下落s的过程中金属棒中产生的热量是多少?

【答案】(1);(2);(3)

【解析】

(1)金属棒ab在磁场中恰好保持静止,则有

再由闭合电路欧姆定律可知

联立方程解得

(2)当金属棒下落距离s时,达到稳定状态,即

动量定理得

其中

联立上式解得

(3)金属棒ab从静止下落距离s,由动能定理得

金属棒ab产生热量

解得

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