Question

如图所示，电阻忽略不计的、两根平行的光滑金属导轨竖直放置，其上端接一阻值为3 Ω的定值电阻R. 在水平虚线L₁、L₂间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场B、磁场区域的高度为d=0.5 m. 导体棒a的质量m_a=0.2 kg,电阻R_a=3 Ω；导体棒b的质量m_b=0.l kg，电阻R_b=6 Ω.它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动，且都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时a正好进入磁场. 设重力加速度为g=l0 m/s². （不计a、b之间的作用，整个运动过程中a、b棒始终与金属导轨接触良好）求：

（1）在整个过程中，a、b两棒克服安培力分别做的功；

（2）a进入磁场的速度与b进入磁场的速度之比；

（3）分别求出M点和N点距L₁的高度.

Answer

（1）0.5J；（2）3：4；（3）0.75 m

【解析】（16分）考查电磁感应与能量问题、电路问题和力学问题的综合应用．

解析(1)因a、b在磁场中匀速运动，由能量关系知

 J                                                     （2分）

J                                                      （2分）

（2）b在磁场中匀速运动时：速度为vb，总电阻R1=7.5 Ω     （1分）

b中的电流Ib=          （1分）

            （1分）

同理，a棒在磁场中匀速运动时：速度为va，总电阻R2=5 Ω  （1分）

               （1分）

由以上各式得:      （1分）

（3）        （1分）

            （1分）

         （1分）

             （1分）

由以上各式得 m=1.33 m      （1分）

   m=0.75 m            （1分）