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如图所示,空间存在垂直纸面向里的两个匀强磁场区域,磁感应强度大小均为B,磁场Ⅰ宽为L,两磁场间的无场区域为Ⅱ,宽也为L,磁场Ⅲ宽度足够大.区域中两条平行直光滑金属导轨间距
题目详情
如图所示,空间存在垂直纸面向里的两个匀强磁场区域,磁感应强度大小均为B,磁场Ⅰ宽为L,两磁场间的无场区域为Ⅱ,宽也为L,磁场Ⅲ宽度足够大.区域中两条平行直光滑金属导轨间距为l,不计导轨电阻,两导体棒ab、cd的质量均为m,电阻均为r.ab棒静止在磁场Ⅰ中的左边界处,cd棒静止在磁场Ⅲ中的左边界处,对ab棒施加一个瞬时冲量,ab棒以速度v1开始向右运动.
(1)求ab棒开始运动时的加速度大小;
(2)ab棒在区域Ⅰ运动过程中,cd棒获得的最大速度为v2,求ab棒通过区域Ⅱ的时间;
(3)若ab棒在尚未离开区域Ⅱ之前,cd棒已停止运动,求:ab棒在区域Ⅱ运动过程中产生的焦耳热.
(1)求ab棒开始运动时的加速度大小;
(2)ab棒在区域Ⅰ运动过程中,cd棒获得的最大速度为v2,求ab棒通过区域Ⅱ的时间;
(3)若ab棒在尚未离开区域Ⅱ之前,cd棒已停止运动,求:ab棒在区域Ⅱ运动过程中产生的焦耳热.
▼优质解答
答案和解析
(1)设ab棒进入磁场Ⅰ区域时产生的感应电动势大小为E,电路中的电流为I,
E=Blv1I=
=
此时ab棒受到的安培力 F安=BIl
根据牛顿第二定律 F安=ma
ab棒进入磁场Ⅰ区域时的加速度 a=
(2)ab棒在磁场Ⅰ区域运动过程中,cd棒经历加速过程,两棒动量守恒,设ab棒穿出磁场Ⅰ时的速度为v3,
此刻cd棒具有最大速度v2,有mv1=mv2+mv3
ab棒在区域Ⅱ中做匀速直线运动,通过区域Ⅱ的时间 t=
解得 t=
(3)ab棒在区域Ⅱ运动过程中,cd棒克服安培力做功,最后减速为零.ab、cd棒中产生的总焦耳热为Q,
由能量转化守恒定律可知Q=
m
所以:ab棒中产生的焦耳热为:
=
m
答:(1)ab棒开始运动时的加速度大小是a=
;
(2)ab棒通过区域Ⅱ的时间是t=
;
(3)ab棒在区域Ⅱ运动过程中产生的焦耳热是
m
.
E=Blv1I=
E |
2r |
Blv1 |
2r |
此时ab棒受到的安培力 F安=BIl
根据牛顿第二定律 F安=ma
ab棒进入磁场Ⅰ区域时的加速度 a=
B2l2v1 |
2mr |
(2)ab棒在磁场Ⅰ区域运动过程中,cd棒经历加速过程,两棒动量守恒,设ab棒穿出磁场Ⅰ时的速度为v3,
此刻cd棒具有最大速度v2,有mv1=mv2+mv3
ab棒在区域Ⅱ中做匀速直线运动,通过区域Ⅱ的时间 t=
L |
v3 |
解得 t=
L |
v1−v2 |
(3)ab棒在区域Ⅱ运动过程中,cd棒克服安培力做功,最后减速为零.ab、cd棒中产生的总焦耳热为Q,
由能量转化守恒定律可知Q=
1 |
2 |
v | 2 2 |
所以:ab棒中产生的焦耳热为:
Q |
2 |
1 |
4 |
v | 2 2 |
答:(1)ab棒开始运动时的加速度大小是a=
B2l2v1 |
2mr |
(2)ab棒通过区域Ⅱ的时间是t=
L |
v1−v2 |
(3)ab棒在区域Ⅱ运动过程中产生的焦耳热是
1 |
4 |
v | 2 2 |
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