题目内容

【题目】如图所示,竖直平面内有相距为L的平行光滑金属轨道ME、NF,MN之间接有电阻R1,EF之间接有电阻R2,已知R1=R2=2R。在PQ上方(包括PQ)及CD下方(包括CD)有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻为R的导体棒ab,从轨道上距离PQ一定高度处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与轨道接触良好,两平行轨道足够长。已知导体棒ab下落到PQ位置时速度的大小为v1。不计轨道电阻,重力加速度为g。

(1)求导体棒ab下落到PQ位置时导体棒ab中的电流;

(2)导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II之间的距离h;

(3)若导体棒ab刚进入磁场II时与(2)中具有相同的速度,此时施加一竖直向上的恒定外力F的作用,且F=mg。求导体棒ab从进入磁场II到停止运动的过程中,电阻R2上产生的热量及导体棒ab下落的距离。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

(1)导体棒ab上产生的电动势

闭合导体回路的外电阻

回路的总电阻

导体棒ab中的电流

(2)导体棒ab进入磁场Ⅱ后,电流大小不变,则ab棒运动速度不变,设速度为v2,导体棒受到平衡力

导体棒ab中的电流

可得:

导体棒ab由PQ到CD只受重力作用

可得

(3)导体棒ab从进入磁场Ⅱ到停止运动的过程中,由动能定理得

可得

克服安培力做功,实现电能转换。在纯电阻电路中,电能全部以电热的形式呈现。电路中产生的焦耳热为

由电路电阻的连接特点,电阻R2上产生的热量为

以竖直向下为正方向,导体棒ab从进入磁场Ⅱ到停止运动的过程中,由定量定理得

平均电流

下落的距离

联立可得导体棒ab下落的距离

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