题目内容

如图所示,为两平行的光滑轨道,其中部分为处于水平面内的导轨,a/b的间距为间距的2倍,部分为与水平导轨部分处于竖直向上的匀强磁场中,弯轨部分处于匀强磁场外。在靠近aa'和cc'处分别放着两根金属棒MNPQ,质量分别为m。为使棒PQ沿导轨运动,且通过半圆轨道的最高点ee',在初始位置必须至少给棒MN以多大的冲量?设两段水平面导轨均足够长,PQ出磁场时MN仍在宽导轨道上运动。

若棒PQ刚能通过半圆形轨道的最高点ee',则由

可得其在最高点时的速度.

PQ在半圆形轨道上运动时机械能守恒,设其在dd'的速度为

  可得:

两棒在直轨上运动的开始阶段,由于回路中存在感应电流,受安培力作用,棒MN速度减小,棒PQ速度增大。当棒MN的速度和棒PQ的速度达到时,回路中磁通量不再变化而无感应电流,两者便做匀速运动,因而

在有感应电流存在时的每一瞬时,由MNPQ长度的2倍可知,棒MNPQ所受安培力F1有关系

从而,在回路中存在感应电流的时间t内,有 

设棒MN的初速度为,在时间t内分别对两棒应用动量定理,有:

,   

将以上两式相除,考虑到

并将的表达式代入,可得

从而至少应给棒MN的冲量:

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