如图所示,电阻忽略不计的、两根两平行的光滑金属导轨竖直放置,其上端接一阻值为3Ω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=0.5m。导体棒a的质量ma=0.2kg、电阻Ra=3Ω;导体棒b的质量mb=0.1kg、电阻Rb=6Ω,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,都能匀速穿过磁场区域,且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场。设重力加速度为g=10m/s2,不计a、b棒之间的相互作用。导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好。求:
(1)在整个过程中,a、b两棒分别克服安培力所做的功;
(2)导体棒a从图中M处到进入磁场的时间;M点和N点距L1的高度。
解:(1)Wa=magd=1.0J
Wb=mbgd=0.5J
(2)b在磁场中匀速运动时:速度为vb,总电阻R1=7.5Ω
b中的电流 ①
由以上各式得: ②
同理,a棒: ③
由以上各式得, ④
⑤
⑥
⑦
⑧
由④⑤⑥⑦⑧得Ha= ⑨,Hb=
m ⑩
解得导体棒a从图中M处到进入磁场的时间为