问题
问答题
如图甲所示，“目”字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻．使导轨平面与水平面成夹角θ固定放置，如图乙所示．一根质量为m的条形磁铁，其横截面是边长为a的正方形，磁铁与导轨间的动摩擦因数为μ，磁铁与导轨间绝缘．假定导轨区域内的磁场全部集中在磁铁的端面，并可视为匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直导轨平面．开始时磁铁端面恰好与正方形3重合，现使其以某一初速度下滑，磁铁恰能匀速滑过正方形2，直至磁铁端面恰好与正方形1重合．已知重力加速度为g．求：
（1）上述过程中磁铁运动经历的时间；
（2）上述过程中所有电阻消耗的电能．
答案
（1）设磁铁匀速进入正方形2的速度为v，等效电路如图所示．
感应电动势 E=Bav
总电阻 R=r+
=r 3
r4 3
感应电流 I=
=E R 3Bav 4r
切割磁感线的短边受到的安培力 F=BIa=3B2a2v 4r
短边受到的安培力与磁铁受到的力是作用力与反作用力
根据平衡条件 mgsinθ=F+f
滑动摩擦力 f=μ mgcosθ
解得：v=4mgr(sinθ-μcosθ) 3B2a2
当磁铁进入正方形1时，仍以速度v做匀速直线运动．
整个过程磁铁运动经历的时间 t=2a v
解得：t=3B2a3 2mgr(sinθ-μcosθ)
（2）根据能量守恒定律 mg•2asinθ=μ mg cosθ•2a+E
解得：E=2mga（sinθ-μ cosθ）
答：
（1）上述过程中磁铁运动经历的时间为
；3B2a3 2mgr(sinθ-μcosθ)
（2）上述过程中所有电阻消耗的电能为2mga（sinθ-μ cosθ）．