题目内容

(2012年4月北京西城一模)如图1所示,一端封闭的两条平行光滑长导轨相距L,距左端L处的右侧一段弯成半径为的四分之一圆弧,圆弧导轨的左、右两段处于高度相差的水平面上。以弧形导轨的末端点O为坐标原点,水平向右为x轴正方向,建立Ox坐标轴。圆弧导轨所在区域无磁场;左段区域存在空间上均匀分布,但随时间t均匀变化的磁场B(t),如图2所示;右段区域存在磁感应强度大小不随时间变化,只沿x方向均匀变化的磁场B(x),如图3所示;磁场B(t)和B(x)的方向均竖直向上。在圆弧导轨最上端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,金属棒由静止开始下滑时左段磁场B(t)开始变化,金属棒与导轨始终接触良好,经过时间t0金属棒恰好滑到圆弧导轨底端。已知金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g。

       (1)求金属棒在圆弧轨道上滑动过程中,回路中产生的感应电动势E;

       (2)如果根据已知条件,金属棒能离开右段磁场B(x)区域,离开时的速度为v,求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q;

       (3)如果根据已知条件,金属棒滑行到x=x1,位置时停下来,

       a.求金属棒在水平轨道上滑动过程中遁过导体棒的电荷量q;

       b.通过计算,确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置。

所以金属棒在全部运动过程中产生的焦耳热Q= Q1+ Q2=+ mgL/2-mv2。

(3)a. 根据图3,x=x1(x1< x0)处磁场的磁感应强度B1=。设金属棒在水平轨道上滑行时间为△t。由于磁场B(x)沿x方向均匀变化,根据法拉第电磁感应定律,△t时间内产生的平均感应电动势E=△Φ/△t==。

平均电流I=E/R,通过金属棒的电荷量q=I△t,

联立解得通过金属棒的电荷量q= 。

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