Question

如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4 m，导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN.Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B＝0.5 T．在区域Ⅰ中，将质量m₁＝0.1 kg，电阻R₁＝0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m₂＝0.4 kg，电阻R₂＝0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑．cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab，cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g＝10 m/s²，问：

（1）cd下滑的过程中，ab中的电流方向；

（2）ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；

（3）从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少．

Answer

（1）由a流向b （2）5m/s (3)1.3J

【解析】

（1）由右手定则可知，电流由a流向b；
（2）开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，由平衡条件得：Fmax=m1gsinθ，
ab刚好要上滑时，感应电动势：E=BLv，
电路电流：
ab受到的安培力：F安=BIL，
此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，
由平衡条件得：F安=m1gsinθ+Fmax，
代入数据解得：v=5m/s；
（3）cd棒运动过程中电路产生的总热量为Q总，
由能量守恒定律得：m2gxsinθ=Q总+m2v2，
ab上产生的热量：

解得：Q=1.3J；