题目内容

【题目】在学习了电磁驱动和电磁制动后,某物理兴趣小组的同学设计了如下装置进行研究。如图所示,足够长平行光滑导轨的间距L=0.2m,b1b2右侧轨道水平,左侧曲线轨道与水平轨道相切于b1b2,所有轨道均电阻不计。在水平轨道内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.8T。质量为M=0.2kg、电阻为R1=0.1Ω的金属棒b垂直于轨道静止放置在与b1b2相距1m远的水平轨道上,并用插销固定。质量为m=0.1kg、电阻为R2=0.2Ω的金属棒a由曲线轨道上端a1a2处静止释放,a1a2处到水平轨道的竖直高度h=0.45m,若金属棒a在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接触,金属棒a与b相撞时无能量损失,g=10m/s2。求:

(1)金属棒a第1次滑到b1b2处时的速度大小;

(2)金属棒a与金属棒b碰撞的次数;

(3)若撤去固定金属棒b的插销,使其能自由移动,金属棒a还是由曲线轨道上端a1a2处静止释放,金属棒b初始静止在水平轨道上,两棒最终运动达到稳定状态。要使两棒不相碰,则金属棒b初始位置距离b1b2至少多远?整个运动过程中金属棒b上产生的焦耳热是多少?

【答案】(1)3m/s (2)2次 (3)2.34m;0.1J

【解析】

(1)根据动能定理可得

解得

v=3m/s;

(2)对a棒用动量定理可得:

解得:

根据

解得

x=3.5m

因此金属棒a与金属棒b碰撞2次;
(3)最终两棒匀速,且va=vb
根据动量守恒定律可得:

mv=mva+Mvb

解得

va=vb=1m/s

系统产生的焦耳热

则B棒产生的焦耳热

a刚要追上b,二者速度相同,此过程对b根据动量定理可得:

BIl△t=Mvb

根据q=I△t、、可得:
联立解得

△Φ=BL△x

解得:

△x=2.34m。

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