Question

【題目】如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面的夾角為，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)軌處在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的有界勻強磁場中。兩根電阻都為R＝2、質(zhì)量都為m＝0.2kg的完全相同的細(xì)金屬棒ab和cd垂直導(dǎo)軌并排靠緊的放置在導(dǎo)軌上，與磁場上邊界距離為x＝1.6m，有界勻強磁場寬度為3x＝4.8m. 先將金屬棒ab由靜止釋放，金屬棒ab剛進(jìn)入磁場就恰好做勻速運動，此時立即由靜止釋放金屬棒cd，金屬棒cd在出磁場前已做勻速運動. 兩金屬棒在下滑過程中與導(dǎo)軌接觸始終良好（取重力加速度g＝10m/s2）. 求：

（1）金屬棒ab剛進(jìn)入磁場時棒中電流I；

（2）金屬棒cd在磁場中運動的過程中通過回路某一截面的電量q；

（3）兩根金屬棒全部通過磁場的過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q.

Answer 1

【答案】I＝1A;

【解析】

（1）

方法一：， （1分）

（1分）

（1分）

（1分）

（1分）

方法二：， （1分）

（1分）

， （2分）

（1分）

（2）方法一：

通過金屬棒ab進(jìn)入磁場時以速度v先做勻速運動，設(shè)經(jīng)過時間t1，當(dāng)金屬棒cd也進(jìn)入磁場，速度也為v，金屬棒cd：x=v/2 ·t1，此時金屬棒ab在磁場中的運動距離為：X="v" t1=2x

兩棒都在磁場中時速度相同，無電流，金屬棒cd在磁場中而金屬棒ab已在磁場外時，cd棒中才有電流，運動距離為2x (得到cd棒單獨在磁場中運動距離為2x，即可得2分)

（公式2分、結(jié)果1分）

（在第一問中用方法二解，此問再求BL的，仍然的5分，沒有求出BL，寫出得2分，只求BL的得1分）

方法二：

兩金屬棒單獨在在磁場中時掃過的距離都為2x，因而通過的電量大小相等。（2分）

（公式2分、結(jié)果1分）

（4）方法一：

金屬棒ab在磁場中（金屬棒cd在磁場外）回路產(chǎn)生的焦耳熱為：

（或：） （2分）

金屬棒ab、金屬棒cd都在磁場中運動時，回路不產(chǎn)生焦耳熱

金屬棒cd在磁場中（金屬棒ab在磁場外），金屬棒cd的初速度為，末速度為，由動能定理：

（2分）

（2分）

方法二：

兩根金屬棒全部通過磁場的過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q等于兩棒損失的機械能

（6分）