Question

【題目】如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為θ的絕緣斜面上，導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻．導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并良好接觸．斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)對(duì)a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的恒定拉力，使a棒沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止．當(dāng)a棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界PQ處時(shí)，撤去拉力，a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一段距離后再向下滑動(dòng)，a棒滑回PQ前b棒已滑離導(dǎo)軌．已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R，b棒的質(zhì)量為m，恒定拉力與b棒的質(zhì)量大小關(guān)系為：恒定拉力=mgsinθ，重力加速度為g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．求：

（1）a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過程中，a棒中的電流Ia與b棒中的電流Ib之比；

（2）a棒質(zhì)量ma；

（3）a棒滑回PQ剛進(jìn)入磁場(chǎng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力FA ′ 的大小，并判斷a棒在磁場(chǎng)中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)？

Answer 1

【答案】（1）2；（2） ；（3）magsinθ ，a棒沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)

【解析】（1）a棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，a棒、b棒及電阻R中的電流分別為Ia、Ib、IR，有

IRR＝IbRb Ia＝IR＋Ib

由①②解得

（2）對(duì)b棒靜止有：IbLB＝mgsinθ

對(duì)a棒勻速有：F＝IaLB＋magsinθ

又 解得ma＝m

（３）由于a棒在PQ上方滑動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，因而a棒在磁場(chǎng)中向上滑動(dòng)的速度v1大小與在剛回到磁場(chǎng)的速度v2大小相等，即v1＝v2＝v　

設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒長(zhǎng)為L.a棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

E＝BLv當(dāng)a棒沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)

F＝IaLB＋magsinθ

所以 FA ＝IaLB＝

當(dāng)a棒滑回PQ剛進(jìn)入磁場(chǎng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，a棒中的電流為I′a，則I′a＝　　

FA ′＝I′aLB＝　

因?yàn)?/span>FA ′＝magsinθ 所以a棒返回磁場(chǎng)又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)．