题目内容
如图所示,
和
为两平行的光滑轨道,其中
和
部分为处于水平面内的导轨,
与a/b的间距为
与
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MN、PQ,质量分别为
和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
.
棒PQ在半圆形轨道上运动时机械能守恒,设其在dd'的速度为
,
由
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
及MN为PQ长度的2倍可知,棒MN和PQ所受安培力F1和
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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