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如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值...

如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻.导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触.斜面上水平虚线PQ以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场.现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止.当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b棒已滑离导轨.当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动.已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计.求
(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度Ia,与定值电阻R中的电流强度IR之比;
(2)a棒质量ma
(3)a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F.

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(1)由串并联电路的电流规律可得出两电阻中电流之比; (2)对b棒由受力平衡可求得Ib,由(1)可求得Ia;因a棒离开磁场后机械能守恒,故返回磁场时的速度相等,则由返回磁场时做匀速运动可由受力平衡得出a的速度,联立各式可得出a的质量; (3)已知Ib,则由安培力公式可求得b受到的安培力. 【解析】 (1)a棒为电源,b棒和电阻R等值电阻    (2)b棒保持静止,则mbg sinθ=BIbL Ib=① Ia=2Ib  ② a棒脱离磁场后机械能守恒,返回磁场时速度与离开时速度相等,为V, 返回进入磁场时匀速下降,则有:mag sinθ= V=③ A棒匀速上升时 切割磁感线  Ia=④ 由①---④得     (3)Ia=2Ib  Ib= F=magsinθ+BIaL            b受到的安培力: .
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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