如图所示,两根足够长的平行金属导轨MN、PQ与水平面的夹角为α=30°

如图所示,两根足够长的平行金属导轨MNPQ与水平面的夹角为α=30°,导轨光滑且电阻不计,导轨处在垂直导轨平面向上的有界匀强磁场中. 两根电阻都为R=2Ω、质量都为m=0.2kg的完全相同的细金属棒abcd垂直导轨并排靠紧的放置在导轨上,与磁场上边界距离为x=1.6m,有界匀强磁场宽度为3x=4.8m.先将金属棒ab由静止释放,金属棒ab刚进入磁场就恰好做匀速运动,此时立即由静止释放金属棒cd,金属棒cd在出磁场前已做匀速运动.两金属棒在下滑过程中与导轨接触始终良好(取重力加速度g=10m/s2).求:

1)金属棒ab刚进入磁场时棒中电流I

2)金属棒cd在磁场中运动的过程中通过回路某一截面的电量q

3)两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q

答案

解:(1

方法一:                      1分)

                         1分)

                     1分)

                                 1分)

                                        1分)

方法二:                      1分)

                         1分)

                            2分)

                                       (1分)

2)方法一:

通过金属棒ab进入磁场时以速度v先做匀速运动,设经过时间t1,当金属棒cd也进入磁场,速度也为v,金属棒cdx= v/2 ·t1,此时属棒ab在磁场中的运动距离为X=v t1=2x                     

两棒都在磁场中时速度相同,无电流,金属棒cd在磁场中而金属棒ab已在磁场外时,cd棒中才有电流,运动距离为2x    (得到cd棒单独在磁场中运动距离为2x,即可得2)

                                      

                       (公式2分、结果1分)

(在第一问中用方法二解,此问再求BL的,仍然的5分,没有求出BL写出2分,只求BL的得1分)

方法二:

两金属棒单独在在磁场中时扫过的距离都为2x,因而通过的电量大小相等。(2分)

(公式2分、结果1分)

4)方法一:

金属棒ab在磁场中(金属棒cd在磁场外)回路产生的焦耳热为:

 (或:                2分)

金属棒ab、金属棒cd都在磁场中运动时,回路不产生焦耳热

金属棒cd在磁场中(金属棒ab在磁场外),金属棒cd的初速度为,末速度为由动能定理:

                                                  2分)

                                                    2分)

方法二:

两根金属棒全部通过磁场的过程中回路产生的焦耳热Q等于两棒损失的机械能

6分)

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