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(10)如图所示光滑平行金属轨道abcd,轨道的水平部分bcd处于竖直向上的匀强磁场中,bc部分平行导轨宽度是cd部分的2倍,轨道足够长。将质量相同的金属棒PQ分别置于轨道的ab段和cd段。P棒位于距水平轨道高为h的地方,放开P棒,使其自由下滑,求P棒和Q棒的最终速度。

答案

解析:

P棒从进入水平轨道开始到速度稳定所用的时间为tPQ

PQ分别应用动量定理得

错解:

PQ棒的质量为m,长度分别为2ll,磁感强度为BP棒进入水平轨道的速度为v0,对于P棒,运用机械能守恒定律得

P棒进入水平轨道后,切割磁感线产生感应电流。P棒受到安培力作用而减速,Q棒受到安培力而加速,Q棒运动后也将产生感应电动势,与P棒感应电动势反向,因此回路中的电流将减小。最终达到匀速运动时,回路的电流为零,所以

εPQ

2BlvP=BlvQ

2vp=vQ

对于PQ棒,运用动量守恒定律得到

mv0=mvp+mvQ

错解原因:

错解中对PQ的运动过程分析是正确的,但在最后求速度时运用动量守恒定律出现错误。因为当PQ在水平轨道上运动时,它们所受到的合力并不为零。FP=2Bll FQ=Bll(设I为回路中的电流),因此PQ组成的系统动量不守恒。

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