Question

【題目】如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L=0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.5 T。在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1=0.1 kg，電阻R1=0.2Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4 kg，電阻R2=0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g=10m/s2。問

（1）cd下滑的過程中，ab中的電流方向；

（2）ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；

（3）從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離x=7.8 m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。

Answer 1

【答案】（1）由a流向b（2）7.5m/s（3）Q=2.9J

【解析】（1）由右手定則可知ab中電流方向由a流向b；

（2）開始放置ab剛好不下滑時(shí)，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為，對(duì)ab據(jù)平衡條件有，

設(shè)ab剛要上滑時(shí)，cd棒的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=BLv，

設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I，由閉合電路歐姆定律有，

設(shè)ab所受安培力為，有，

此時(shí)ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下，由平衡條件有，

聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得；

（3）設(shè)cd棒的運(yùn)動(dòng)過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒有，

又，解得Q=2.9J．