问题 计算题

固定于水平桌面上的无限长且光滑的金属轨道MN、PQ(电阻不计),处在竖直向下的匀强磁场中,质量为m的金属棒ab以水平初速度V0在轨道上向右运动(如图)。另有n根质量相同,编号为1、2….n的金属棒放置在轨道旁边。已知磁感强度为B,MN、PQ相距为L,ab棒电阻为r,编号为1、2….n的金属棒电阻均为R。现把编号为1的棒无初速轻放于轨道上,当棒1达到最大速度时,又把编号为2的棒无初速轻放于轨道上,当棒2达到最大速度时,又把编号为3的棒无初速轻放于轨道上……,直到编号为n的棒无初速轻放于轨道上而达到最大速度。

(1)编号为1的棒刚放上去时,ab棒两端的电压及棒1受到的安培力?

(2)编号为1的棒运动的最大速度?编号为1的棒开始运动到速度最大过程中流过ab棒的电荷量?

(3)编号为K的棒放上去后获得的最大动能与从开始放棒1到棒K有最大速度过程中系统的发热量之比?

答案

解:(1)编号为1的棒刚放上去时

E=BLV0

I= ②

ab棒两端电压

棒1受到的安培力

由①-④:

,安培力方向水平向右

(2)棒1与ab棒有共同速度时,棒1速度最大,设最大速度为V1,ab及棒1组成系统动量守恒

mV0 =(m+m)V1

由⑤得V1 = V0 /2

ab棒在运动过程中受安培力作用,状态发生改变,设经过时间△t棒1速度达到最大,此过程中通过ab棒的电量为q

-BL△t =mV1-mV0

q=△t ⑦

由⑥-⑦: ⑧

(3)设编号为K的棒放上去后达到的最大速度为VK,ab及1…K号棒组成系统动量守恒

mV0 =(m+Km)VK

棒K具有的最大动能EK=  ⑩

设从开始放棒1到棒K有最大速度过程中系统的发热量为Q

Q= ⑾

由⑨-⑩:

单项选择题
多项选择题