25、個(gè)人解析：（1）從A點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后從O點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡圖，依題意由幾何關(guān)系可得圓弧的圓心正好是兩條虛線(xiàn)的交點(diǎn)。

故經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度方向?yàn)閤軸正方向。

設(shè)圓周的半徑為R，有：∠OO₁A=30°?????????????????????????????????????????????? ①

根據(jù)向心力公式：Bqv = m???????????????????????????????????????????????????????????? ②

A點(diǎn)到x軸的距離：x= R－Rcos30°?????????????????????????????????????????????????? ③

聯(lián)立①②③解得：x =

（2）粒子能從O點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)且能由O點(diǎn)返回，對(duì)正電荷，說(shuō)明電場(chǎng)的方向垂直于OC向左，設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，電場(chǎng)中的時(shí)間為t₁，由動(dòng)量定理：

Eqt₁=2mv????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ④

粒子從A點(diǎn)射入到第二次離開(kāi)磁場(chǎng)所用的時(shí)間恰好等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T，由：

T= ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ⑤

從O點(diǎn)返回磁場(chǎng)后的軌跡如圖，圓心角為120°，故：

T=t₁＋T＋T??????????????????????? ⑥

聯(lián)立②④⑤⑥解得：E = ???????????????? ⑦

（3）第二次離開(kāi)磁場(chǎng)后到再進(jìn)入電場(chǎng)，如圖軌跡。

則DF=OD=2R cos30°???????????????????? ⑧

時(shí)間t₂= =

24．（19分）（2008年高考全國(guó)Ⅱ理綜卷24題）如圖，一直導(dǎo)體棒質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l、電阻為r，其兩端放在位于水平面內(nèi)間距也為l的光滑平行導(dǎo)軌上，并與之密接；棒左側(cè)兩導(dǎo)軌之間連接一可控制的負(fù)載電阻（圖中未畫(huà)出）；導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面。開(kāi)始時(shí)，給導(dǎo)體棒一個(gè)平行于導(dǎo)軌的初速度v₀。在棒的運(yùn)動(dòng)速度由v₀減小至v₁的過(guò)程中，通過(guò)控制負(fù)載電阻的阻值使棒中的電流強(qiáng)度I保持恒定。導(dǎo)體棒一直在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)導(dǎo)軌電阻，求此過(guò)程中導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值和負(fù)載電阻上消耗的平均功率。

24、解：導(dǎo)體棒所受的安培力為：F=BIl………………①  （3分）

由題意可知，該力的大小不變，棒做勻減速運(yùn)動(dòng)，因此在棒的速度從v₀減小到v₁的過(guò)程中，平均速度為：……………………②   （3分）

當(dāng)棒的速度為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：E=Blv………………③   （3分）

棒中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：………………④   （2分）

綜合②④式可得：………………⑤    （2分）

導(dǎo)體棒中消耗的熱功率為：………………⑥    （2分）

負(fù)載電阻上消耗的熱功率為：…………⑦    （2分）

由以上三式可得：…………⑧      （2分）

22．（16分）（2008年高考北京理綜卷22題）均勻?qū)Ь�(xiàn)制成的單位正方形閉合線(xiàn)框abcd，每邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，總電阻為R，總質(zhì)量為m。將其置于磁感強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方h處，如圖所示。線(xiàn)框由靜止自由下落，線(xiàn)框平面保持在豎直平面內(nèi)，且cd邊始終與水平的磁場(chǎng)邊界平行。當(dāng)cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，

（1）求線(xiàn)框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小;

（2）求cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小;

（3）若此時(shí)線(xiàn)框加速度恰好為零，求線(xiàn)框下落的高度h所應(yīng)滿(mǎn)足的條件。

22、【解析】（1）cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線(xiàn)框速度v=

線(xiàn)框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv＝BL

(2)此時(shí)線(xiàn)框中電流   I=

cd兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U=I()=

(3)安培力     F=BIL=

根據(jù)牛頓第二定律mg-F=ma,由a=0

解得下落高度滿(mǎn)足    h=

23．（18分）（2008年高考北京理綜卷23題）風(fēng)能將成為21世紀(jì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)的一種可再生清潔能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能（氣流的功能）轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱，發(fā)電機(jī)等。如圖所示。

（1）利用總電阻的線(xiàn)路向外輸送風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。輸送功率，輸電電壓，求異線(xiàn)上損失的功率與輸送功率的比值;

（2）風(fēng)輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所掃過(guò)的面積為風(fēng)力發(fā)電機(jī)可接受風(fēng)能的面積。設(shè)空氣密度為p，氣流速度為v，風(fēng)輪機(jī)葉片長(zhǎng)度為r。求單位時(shí)間內(nèi)流向風(fēng)輪機(jī)的最大風(fēng)能P_m;

在風(fēng)速和葉片數(shù)確定的情況下，要提高風(fēng)輪機(jī)單位時(shí)間接受的風(fēng)能，簡(jiǎn)述可采取的措施。

（3）已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電功率P與P_m成正比。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速v₁9m/s時(shí)能夠輸出電功率P₁=540kW。我國(guó)某地區(qū)風(fēng)速不低于v₂=6m/s的時(shí)間每年約為5000小時(shí)，試估算這臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時(shí)。

23、【解析】（1）導(dǎo)線(xiàn)上損失的功率為P=I^2R=(

損失的功率與輸送功率的比值

（2）(2)風(fēng)垂直流向風(fēng)輪機(jī)時(shí)，提供的風(fēng)能功率最大.

單位時(shí)間內(nèi)垂直流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的氣體質(zhì)量為pvS,S=r²

風(fēng)能的最大功率可表示為

P_風(fēng)=

采取措施合理，如增加風(fēng)輪機(jī)葉片長(zhǎng)度，安裝調(diào)向裝置保持風(fēng)輪機(jī)正面迎風(fēng)等。

（3）按題意，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為P₂=kW=160 kW

最小年發(fā)電量約為W=P₂t=160×5000 kW?h=8×10⁵kW?h

23．（12分）（2008年高考上海物理卷23題）如圖所示為研究電子槍中電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi)，存在兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)I和II，兩電場(chǎng)的邊界均是邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形（不計(jì)電子所受重力）。

（1）在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放電子，求電子離開(kāi)ABCD區(qū)域的位置。

（2）在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子，電子恰能從ABCD區(qū)域左下角D處離開(kāi)，求所有釋放點(diǎn)的位置。

（3）若將左側(cè)電場(chǎng)II整體水平向右移動(dòng)L/n（n≥1），仍使電子從ABCD區(qū)域左下角D處離開(kāi)（D不隨電場(chǎng)移動(dòng)），求在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)由靜止釋放電子的所有位置。

23．（12分）

解：（1）設(shè)電子的質(zhì)量為m，電量為e，電子在電場(chǎng)I中做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，出區(qū)域I時(shí)的為v₀，此后電場(chǎng)II做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，假設(shè)電子從CD邊射出，出射點(diǎn)縱坐標(biāo)為y，有

解得　y＝，所以原假設(shè)成立，即電子離開(kāi)ABCD區(qū)域的位置坐標(biāo)為（－2L，）

（2）設(shè)釋放點(diǎn)在電場(chǎng)區(qū)域I中，其坐標(biāo)為（x，y），在電場(chǎng)I中電子被加速到v₁，然后進(jìn)入電場(chǎng)II做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，并從D點(diǎn)離開(kāi)，有

解得　xy＝，即在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足議程的點(diǎn)即為所求位置。

（3）設(shè)電子從（x，y）點(diǎn)釋放，在電場(chǎng)I中加速到v₂，進(jìn)入電場(chǎng)II后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在高度為y′處離開(kāi)電場(chǎng)II時(shí)的情景與（2）中類(lèi)似，然后電子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)D點(diǎn)，則有

，

解得　，即在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足議程的點(diǎn)即為所求位置

24．（14分）（2008年高考上海物理卷24題）如圖所示，豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為R₁、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬球，在M、N處與相距為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬軌道ME、NF相接，EF之間接有電阻R₂，已知R₁＝12R，R₂＝4R。在MN上方及CD下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I和II，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B�，F(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab，從半圓環(huán)的最高點(diǎn)A處由靜止下落，在下落過(guò)程中導(dǎo)體棒始終保持水平，與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好，高平行軌道中夠長(zhǎng)。已知導(dǎo)體棒ab下落r/2時(shí)的速度大小為v₁，下落到MN處的速度大小為v₂。

（1）求導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時(shí)的加速度大小。

（2）若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)II后棒中電流大小始終不變，求磁場(chǎng)I和II之間的距離h和R₂上的電功率P₂。

（3）若將磁場(chǎng)II的CD邊界略微下移，導(dǎo)體棒ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)II時(shí)速度大小為v₃，要使其在外力F作用下做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a，求所加外力F隨時(shí)間變化的關(guān)系式。

24．（14分）

解：（1）以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象，棒在磁場(chǎng)I中切割磁感線(xiàn)，棒中產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時(shí)，導(dǎo)體棒在策略與安培力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律，得

mg－BIL＝ma，式中l(wèi)＝r

式中　　＝4R

由以上各式可得到

（2）當(dāng)導(dǎo)體棒ab通過(guò)磁場(chǎng)II時(shí)，若安培力恰好等于重力，棒中電流大小始終不變，即

式中　　

解得      

導(dǎo)體棒從MN到CD做加速度為g的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有

得　　

此時(shí)導(dǎo)體棒重力的功率為

根據(jù)能量守恒定律，此時(shí)導(dǎo)體棒重力的功率全部轉(zhuǎn)化為電路中的電功率，即

＝

所以，＝

（3）設(shè)導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)II后經(jīng)過(guò)時(shí)間t的速度大小為，此時(shí)安培力大小為

由于導(dǎo)體棒ab做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有

根據(jù)牛頓第二定律，有

F＋mg－F′＝ma

即　　

由以上各式解得

23．（2008年高考理綜天津卷23題）(16分)在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第1象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v₀垂直于Y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成θ=60°角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于Y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示。不計(jì)粒子重力，求

(1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U_MN。

(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；

(3)粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t。

23.【解析】（1）設(shè)粒子過(guò)N點(diǎn)時(shí)的速度為v，有        （1）

        （2）

粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程，有    （3）

     （4）

（2）粒子在磁場(chǎng)中以為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為，有    （5）

                   （6）

（3）由幾何關(guān)系得

            （7）

設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₁,有   （8）

                      （9）

粒子在磁場(chǎng)在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期           （10）

設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₂,有    （11）

                             （12）

                               (13)

25．（2008年高考理綜天津卷25題）(22分)磁懸浮列車(chē)是一種高速低耗的新型交通工具。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如下模型，固定在列車(chē)下端的動(dòng)力繞組可視為一個(gè)矩形純電阻金屬框，電阻為R，金屬框置于xOy平面內(nèi)，長(zhǎng)邊MN長(zhǎng)為l，平行于y軸，寬為d的NP邊平行于x軸，如圖1所示。列車(chē)軌道沿Ox方向，軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布，其空間周期為λ，最大值為B₀，如圖2所示，金屬框同一長(zhǎng)邊上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，整個(gè)磁場(chǎng)以速度v₀沿Ox方向勻速平移。設(shè)在短暫時(shí)間內(nèi)，MN、PQ邊所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可以忽略，并忽略一切阻力。列車(chē)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛，某時(shí)刻速度為v(v<v₀)。

(1)簡(jiǎn)要敘述列車(chē)運(yùn)行中獲得驅(qū)動(dòng)力的原理；

(2)為使列車(chē)獲得最大驅(qū)動(dòng)力，寫(xiě)出MN、PQ邊應(yīng)處于磁場(chǎng)中的什么位置及λ與d之間應(yīng)滿(mǎn)足的關(guān)系式：

(3)計(jì)算在滿(mǎn)足第(2)問(wèn)的條件下列車(chē)速度為v時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大小。

25．解析：

(1)由于列車(chē)速度與磁場(chǎng)平移速度不同，導(dǎo)致穿過(guò)金屬框的磁通量發(fā)生變化，由于電磁感應(yīng)，金屬框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流受到的安培力即為驅(qū)動(dòng)力。

(2)為使列車(chē)獲得最大驅(qū)動(dòng)力，MN、PQ應(yīng)位于磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度同為最大值且反向的地方，這會(huì)使得金屬框所圍面積的磁通量變化率最大，導(dǎo)致框中電流最強(qiáng)，也會(huì)使得金屬框長(zhǎng)邊中電流受到的安培力最大。因此，d應(yīng)為的奇數(shù)倍，即

     或       （）①

(3)由于滿(mǎn)足第(2)問(wèn)條件：則MN、PQ邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B₀且方向總相反，經(jīng)短暫的時(shí)間，磁場(chǎng)沿Ox方向平移的距離為，同時(shí)，金屬框沿Ox方向移動(dòng)的距離為。

    因?yàn)関₀>V，所以在時(shí)間內(nèi)MN邊掃過(guò)磁場(chǎng)的面積

    在此時(shí)間內(nèi)，MN邊左側(cè)穿過(guò)S的磁通移進(jìn)金屬框而引起框內(nèi)磁通量變化

            ②

    同理，該時(shí)間內(nèi)，PQ邊左側(cè)移出金屬框的磁通引起框內(nèi)磁通量變化

           ③

    故在內(nèi)金屬框所圍面積的磁通量變化

              ④

    根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小

              ⑤

       根據(jù)閉合電路歐姆定律有

             ⑥

    根據(jù)安培力公式，MN邊所受的安培力

  PQ邊所受的安培力

 根據(jù)左手定則，MN、PQ邊所受的安培力方向相同，此時(shí)列車(chē)驅(qū)動(dòng)力的大小

         (7)

    聯(lián)立解得

      (8)

25.（20分）（2008年高考重慶理綜卷25題）題25題為一種質(zhì)譜儀工作原理示意圖.在以O(shè)為圓心，OH為對(duì)稱(chēng)軸，夾角為2α的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng).對(duì)稱(chēng)于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點(diǎn)和收集點(diǎn).CM垂直磁場(chǎng)左邊界于M，且OM=d.現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角（紙面內(nèi)）從C射出，這些離子在CM方向上的分速度均為v₀.若該離子束中比荷為的離子都能匯聚到D，試求：

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向（提示：可考慮沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子為研究對(duì)象）；

（2）離子沿與CM成θ角的直線(xiàn)CN進(jìn)入磁場(chǎng)，其軌道半徑和在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；

（3）線(xiàn)段CM的長(zhǎng)度.

25.解：

（1）

設(shè)沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R

由　

得B＝

磁場(chǎng)方向垂直紙面向外

（2）

設(shè)沿CN運(yùn)動(dòng)的離子速度大小為v，在磁場(chǎng)中的軌道半徑為R′，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t

由

vcosθ=v₀              

得v＝

R′=

=

方法一：設(shè)弧長(zhǎng)為s

t=

s=2(θ+α)×R′

t=

方法二：

離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝

t=Ｔ×

=

(3)

　方法一：

CM=MNcotθ

=

Ｒ′=

以上3式聯(lián)立求解得

CM=dcotα

方法二：設(shè)圓心為A，過(guò)A做AB垂直NO，

可以證明NM＝BO

∵NM=CMtanθ

又∵BO=ABcotα

=R′sinθcotα

=

∴CM=dcotα

24．（19分）（2008年高考理綜四川卷24題）

    如圖，一半徑為R的光滑絕緣半球面開(kāi)口向下，固定在水平面上。整個(gè)空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向下。一電荷量為q（q＞0）、質(zhì)量為m的小球P在球面上做水平的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓心為O’。球心O到該圓周上任一點(diǎn)的連線(xiàn)與豎直方向的夾角為θ（0＜θ＜。為了使小球能夠在該圓周上運(yùn)動(dòng)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的最小值及小球P相應(yīng)的速率。重力加速度為g。

24、解析：

據(jù)題意，小球P在球面上做水平的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，該圓周的圓心為O’。P受到向下的重力mg、球面對(duì)它沿OP方向的支持力N和磁場(chǎng)的洛侖茲力

            f＝qvB                                     ①

式中v為小球運(yùn)動(dòng)的速率。洛侖茲力f的方向指向O’。根據(jù)牛頓第二定律

                                              ②

                                          ③

由①②③式得

                                  ④

由于v是實(shí)數(shù)，必須滿(mǎn)足

≥0                               ⑤

由此得B≥                                      ⑥

可見(jiàn)，為了使小球能夠在該圓周上運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的最小值為

                                          ⑦

此時(shí)，帶電小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率為 

                                        ⑧

由⑦⑧式得

                                        ⑨

14．(16分) （2008年高考江蘇物理卷14題）在場(chǎng)強(qiáng)為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一質(zhì)量為m、帶正電q的小球在O靜止釋放，小球的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)如圖所示．已知此曲線(xiàn)在最低點(diǎn)的曲率半徑為該點(diǎn)到z軸距離的2倍，重力加速度為g．求：

(1)小球運(yùn)動(dòng)到任意位置P(x，y)的速率.

    (2)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中第一次下降的最大距離y_m.

    (3)當(dāng)在上述磁場(chǎng)中加一豎直向上場(chǎng)強(qiáng)為E()的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，小球從O靜止釋放后獲得的最大速率．

14．⑴洛倫茲力不做功，由動(dòng)能定理得         ①

解得         ②

⑵設(shè)在最大距離處的速率為，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)有

         ③

且由②知       ④

由③④及得        ⑤

⑶小球運(yùn)動(dòng)如圖所示，由動(dòng)能定理得       ⑥

由圓周運(yùn)動(dòng)得        ⑦

且由⑥⑦及解得

15．(16分) （2008年高考江蘇物理卷15題）如圖所示，間距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ，導(dǎo)軌光滑且電阻忽略不計(jì)．場(chǎng)強(qiáng)為B的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為d₁，間距為d₂．兩根質(zhì)量均為m、有效電阻均為R的導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直． (設(shè)重力加速度為g)

(1)若a進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b以與a同樣的速度進(jìn)入第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域，求b穿過(guò)第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中增加的動(dòng)能△E_k．

(2)若a進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b恰好離開(kāi)第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域；此后a離開(kāi)第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，b 又恰好進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域．且a．b在任意一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域或無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相．求b穿過(guò)第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中，兩導(dǎo)體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q．

(3)對(duì)于第(2)問(wèn)所述的運(yùn)動(dòng)情況，求a穿出第k個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速率

15．⑴a和b不受安培力作用，由機(jī)械能守恒知       ①

⑵設(shè)導(dǎo)體棒剛進(jìn)入無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為，剛離開(kāi)無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為，由能量守恒知www.xkb123.com

在磁場(chǎng)區(qū)域中，      ②

在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域中         ③

解得                         ④

⑶在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域，根據(jù)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律有         ⑤

且平均速度       ⑥

有磁場(chǎng)區(qū)域，棒a受到合力       ⑦

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)           ⑧

感應(yīng)電流             ⑨

解得       ⑩

根據(jù)牛頓第二定律，在t到時(shí)間內(nèi)       11

則有           12

解得             13

聯(lián)立⑤⑥13解得

由題意知