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如圖所示,兩平行的光滑金屬導(dǎo)軌間距為l、足夠長(zhǎng)且電阻忽略不計(jì),導(dǎo)軌平面的傾角為α,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與導(dǎo)軌平面垂直.長(zhǎng)度為2d的絕緣桿將導(dǎo)體棒和正方形的單匝線框連接在一起組成“”型裝置,總質(zhì)量為m,置于導(dǎo)軌上.導(dǎo)體棒中通以大小恒為I的電流(由外接恒流源產(chǎn)生,圖中未畫(huà)出恒流源).線框的邊長(zhǎng)為d(d<1),總電阻為R,下邊與磁場(chǎng)區(qū)域上邊界重合.將裝置由靜止釋放,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)下邊界時(shí)速度恰好減為0,導(dǎo)體棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直.重力加速度為g.
求:(1)導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度;
(2)裝置從釋放到速度為0的過(guò)程中,線框中產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(3)簡(jiǎn)要描述導(dǎo)體棒速度第一次減為0之后的運(yùn)動(dòng).
(18分)如圖所示,兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M´N´位于同一水平面上,兩軌道之間的距離l=0.50m。軌道的MM´端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻,NN´端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N´P´平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為R0=0.50m。直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.64 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=0.80m,且其右邊界與NN´重合,F(xiàn)有一質(zhì)量m=0.20kg、電阻r=0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處。在與桿垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F,結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能以最小速度通過(guò)半圓形軌道的最高點(diǎn)PP´。已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與軌道接觸良好,且始終與軌道垂直,導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.10,軌道的電阻可忽略不計(jì),取g=10m/s2,求:
(1)導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),通過(guò)導(dǎo)體桿上的電流大小和方向;
(2)導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中通過(guò)電阻R上的電荷量;
(3)導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱。
如圖13所示,兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M′N′位于同一水平面上,兩軌道之間的距離l=0.50m。軌道的MM′端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻,NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為R0=0.50m。直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.64 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=0.80m,且其右邊界與NN′重合,F(xiàn)有一質(zhì)量m=0.20kg、電阻r=0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處。在與桿垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F,結(jié)果導(dǎo)體桿ab恰好能以最小速度通過(guò)半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′。已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與軌道接觸良好,且始終與軌道垂直,導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.10,軌道的電阻可忽略不計(jì),取g=10m/s2,求:
(1)導(dǎo)體桿剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),通過(guò)導(dǎo)體桿上的電流大小和方向;
(2)導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中通過(guò)電阻R上的電荷量;
(3)導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱。
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