题目内容

如图所示,在匀强磁场中竖直放置两条足够长的平行导轨,磁场方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为,导轨上端连接一阻值为R的电阻和电键S,导轨电阻不计,两金属棒a和b的电阻都为R,质量分别为,它们与导轨接触良好,并可沿导轨无摩擦运动,若将b棒固定,电键S断开,用一竖直向上的恒力F拉a棒,稳定后a棒以的速度向上匀速运动,此时再释放b棒,b棒恰能保持静止。

(1)求拉力F的大小

(2)若将a棒固定,电键S闭合,让b棒自由下滑,求b棒滑行的最大速度

(3)若将a棒和b棒都固定,电键S断开,使磁感应强度从随时间均匀增加,经0.1s后磁感应强度增大到2时,a棒受到的安培力大小正好等于a棒的重力,求两棒间的距离h

(1)棒作切割磁感线运动,产生感应电动势,有:

         (1)

    棒与棒构成串联闭合电路,电流强度为

                   (2)

     棒、棒受到的安培力大小为

                 

                 (3)

    依题意,对棒有    (4)

            对棒有           (5)

    解得       

    也可用整体法直接得       

(2)棒固定、电键S闭合后,当棒以速度下滑时,棒作切割磁感线运动,产生感应电动势,有:                  (6)

    *棒与电阻R并联,再与棒构成串联闭合电路,电流强度为 

                                                       (7)

    棒受到的安培力与棒重力平衡,有           (8)

    由(1)―(5)可解得:               (9)

解(6)―(9),得 

(3)电键S断开后,当磁场均匀变化时,产生的感应电动势为

                     (10)

                      (11)

    依题意,有            (12)

    由(10)―(12)及(9)解得:

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