Question

如圖所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為r、電阻為R₁、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán),在M、N處與距離為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬導(dǎo)軌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.現(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,設(shè)平行導(dǎo)軌足夠長(zhǎng).已知導(dǎo)體棒下落時(shí)的速度大小為v₁,下落到MN處時(shí)的速度大小為v₂.

 

（1）求導(dǎo)體棒ab從A處下落時(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

 

Answer 1

（1）g-       

（2）

解析:（1）以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象，棒在磁場(chǎng)I中切割磁感線，棒中產(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)體棒在重力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＝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，