Question

（20分）如圖所示，豎直平面內(nèi)有光滑且不計(jì)電阻的兩道金屬導(dǎo)軌，寬都為L，上方安裝有一個(gè)阻值R的定值電阻。兩根質(zhì)量都為m，電阻都為r，完全相同的金屬桿靠在導(dǎo)軌上，金屬桿與導(dǎo)軌等寬且與導(dǎo)軌接觸良好，虛線下方的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B。

（1）將金屬桿1固定在磁場(chǎng)邊界下側(cè)，金屬桿2從磁場(chǎng)邊界上方靜止釋放，進(jìn)入磁場(chǎng)后恰作勻速運(yùn)動(dòng)，求金屬桿2釋放處離開磁場(chǎng)邊界的距離h0;

（2）將金屬桿1固定在磁場(chǎng)邊界下側(cè)，金屬桿2從磁場(chǎng)邊界上方h（h＜h0）高處靜止釋放，經(jīng)過一段時(shí)間后再次勻速，此過程流過電阻R的電量為q，則此過程整個(gè)回路中產(chǎn)生了多少熱量？

（3）金屬桿2從離開磁場(chǎng)邊界h（h＜h0）高處靜止釋放，在進(jìn)入磁場(chǎng)的同時(shí)靜止釋放金屬桿1，兩金屬桿運(yùn)動(dòng)了一段時(shí)間后都開始了勻速運(yùn)動(dòng)，試求出桿2勻速時(shí)的速度大小，并定性畫出兩桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的v-t圖象。（兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)分別為E1、E2不同的電源串聯(lián)時(shí)，電路中總的電動(dòng)勢(shì)E=E1+E2）

 

Answer 1

（1）；（2）；（3）見解析；

【解析】

試題分析：（1）金屬桿2勻速時(shí)， 

金屬桿2磁場(chǎng)外下落過程 （2分） 得

（2）設(shè)流過電量q的過程中，金屬桿2在磁場(chǎng)中下落H，則

由能量守恒可得 :

得

（3）因?yàn)閔＜h0，所以金屬桿1進(jìn)入磁場(chǎng)后先加速，加速度向下，由于兩金屬桿流過電流相同，所以FA大小相同

對(duì)金屬桿1有:mg－FA＝ma1 

對(duì)金屬桿2有:mg－FA＝ma2 

發(fā)現(xiàn)表達(dá)式相同，即兩金屬桿加速度a1和a2始終相同，速度差值也始終相同

設(shè)勻速時(shí)速度分別為v1、v2，有 

又

都勻速時(shí)，

聯(lián)立得:

兩金屬桿的v-t圖象如圖所示：

考點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律；牛頓定律；能量守恒定律。