题目内容

(13分)如图所示,两根竖直平行放置的光滑金属导轨相距为L,中间接有一阻值为R的定值电阻,在两导轨间abdc矩形区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面向里,宽度为d。一质量为m,电阻为r的导体棒MN垂直搁在导轨上,与磁场上边边界相距d0。现使棒MN由静止开始释放,当MN最终离开磁场前已开始做匀速直线运动,导轨电阻不计,棒下落过程中始终保持水平,并与导轨接触良好。

(1)求MN在离开磁场下边界时的速度大小;

(2)在通过磁场区域的过程中,求电流所做的功;

(3)试分析讨论棒在磁场中各种可能出现的运动情况及其对应的条件。

(13分)

(1)设MN离开磁场边界前做匀速运动的速度为v,产生的电动势为E = BLv   (1分)

 电路中电流 I =  (1分)

对MN,由平衡条件得 mgBIL = 0 (1分)    解得 v =  (1分)

(2)由能量守恒定律:mg(d0 + d) = W+ mv2 (2分)

解得  (2分)

(3)设棒刚进入磁场时的速度为v0,由mgd0 = mv02,得v0 =   

棒在磁场中匀速时速度为v = ,则

 当v0=v,即d0 = 时,棒进入磁场后即开始做匀速直线运动 (1分)

 当v0 < v,即d0 <时,棒进入磁场后做先加速后匀速直线运动(1分)

 当v0v,即d0时,棒进入磁场后做先减速后匀速直线运动(1分)

d0关系的表述总共2分

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