Question

【題目】如圖所示,兩根平行光滑的金屬導軌MN、PQ放在水平面上，左端向上彎曲，導軌間距為L，電阻不計。水平段導軌所處空間存在方向豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為B。導體棒a和b的質量均為m，電阻值分別為Ra=R,，Rb=2R.。b棒放置在水平導軌上且距彎曲軌道底部Lo處，a棒在彎曲軌道上距水平面h高度處由靜止釋放。運動過程中導軌棒和導軌接觸良好且始終和導軌垂直，重力加速度為g。求：

（1）a棒剛進入磁場時受到的安培力？

（2）從a棒開始下落到最終穩定的過程中，a棒上產生的內能？

（3）當a、b棒運動最終穩定時，a、b棒間距？

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】（1）設a棒剛進入磁場時的速度為V，從開始下落到剛進入磁場：

mgh =mv2

a棒切割磁感線產生感應電動勢E=BLv

根據閉合電路歐姆定律

a 棒受到的安培力F=BIL

（2）a 、 b 棒均受安培力作用，大小相等，方向相反，所以a棒和b棒組成的系統動量守恒。設兩棒最終穩定速度為v1，

mv=2mv1

a棒產生內能為Ea b棒產生內能為Eb

根據能量守恒： mv2=2mv12+Ea+Eb

Eb=2Ea-

Ea=mgh

（3）a棒受安培力作用，從開始進入磁場至最終穩定速度，由動量定理：

-B I 平均 L t=mv1-mv

I平均t =q

q 為通過a棒的總電量

分析a、b棒運動得：E平均=BLVa平均 –BLVb平均

Xa平均=V平均 t

Xb平均=V平均 t

則：

最終a、b棒間距為Xab=Lo-( Xa –Xb)

Xab =