Question

【題目】如圖所示，在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩條相互平行且相距d的光滑固定金屬導(dǎo)軌P1P2P3，和Q1Q2Q3，兩導(dǎo)軌間用阻值為R的電阻連接，導(dǎo)軌P1 P2、Q1Q2的傾角均為θ，導(dǎo)軌P2P3、Q2Q3在同一水平面上，P2Q2⊥P2P3，傾斜導(dǎo)軌和水平導(dǎo)軌用相切的小段光滑圓弧連接。質(zhì)量為m的金屬桿CD從與P2Q2相距L處由靜止沿傾斜導(dǎo)軌滑下，當(dāng)桿CD運(yùn)動(dòng)到P2Q2處時(shí)速度恰好達(dá)到最大，然后沿水平導(dǎo)軌滑動(dòng)一端距離后停下。桿CD始終垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持良好接觸，空氣阻力、導(dǎo)軌和桿CD的電阻均不計(jì)，重力加速度大小為g。求；

(1)桿CD到達(dá)P2Q2處的速度大小vm；

(2)桿CD沿傾斜導(dǎo)軌下滑的過(guò)程通過(guò)電阻R的電荷量q1以 及全過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q;

(3)桿CD沿傾斜導(dǎo)軌下滑的時(shí)間△t1及其停止處到P2Q2的距離s。

Answer 1

【答案】(1) (2) , (3) ,

【解析】（1）經(jīng)分析，桿CD到達(dá)P2Q2處時(shí)通過(guò)的電流最大（Im），且此時(shí)桿CD受力平衡，則有：

BcosθImd=mgsinθ

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： Em=Bcosθdvm

由歐姆定律有：

解得：

（2）桿CD沿傾斜導(dǎo)軌下滑過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

其中

平均電流為：

解得：

根據(jù)能量守恒定律有：Q=mgLsinθ

（3）下滑過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)量守恒有：

解得：

水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)量定理有：

通過(guò)R的電荷量為：

可得：

解得：