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两根金属杆ab和cd长度均为L,电阻均为R,质量分别为M和m,M>m,用两根长度和电阻均可忽略不计的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路,两导线分别跨绕在一根水平的光滑绝缘杆上,两金属杆ab和cd均处于水平位置,如图所示,整个装置处在一个与回路平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。若金属杆ab正好在匀速向下运动,求其运动速度v的大小。

答案

解析:以两金属杆和导线组成的整体为研究对象,在题述过程中,系统的重力势能逐渐减少,重力对系统所做的功全部转化为系统中的电能(电能又转化为内能),则重力对系统做功的功率(P1=Mgv-mgv)应等于回路中电流做功的功率(P2=2I2R),即(M-m)gv=2I2R。

由于ab和cd两杆均切割磁感线各自对应产生感应电动势大小为BLv,且此两感应电动势在回路中形成同方向的电流,故此回路中的电流为I=

由上两式两式联立解得杆运动的速度大小为v=

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