如图所示,在水平面上有两条光滑的长直平行金属导轨MN、PQ,导轨间距离为L,导轨的电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面。质量分别为的两根金属杆a、b跨

◎ 题目

如图所示,在水平面上有两条光滑的长直平行金属导轨MNPQ,导轨间距离为L,导轨的电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面。质量分别为的两根金属杆ab跨搁在导轨上,接入电路的电阻均为R。轻质弹簧的左端与b杆连接,右端被固定。开始时a杆以初速度向静止的b杆运动,当a杆向右的速度为v时,b杆向右的速度达到最大值,此过程中a杆产生的焦耳热为Q,两杆始终垂直于导轨并与导轨良好接触。求当b杆达到最大速度
(1)b杆受到弹簧的弹力。
(2)弹簧具有的弹性势能。

◎ 答案

(1)
(2)

◎ 解析

(1)设某时刻ab杆速度分别为v,经过很短的时间a杆移动距离为b杆移动距离为,回路面积改变量
由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势
[或直接写为]
回路中的电流
b杆受到的安培力
b杆的速度达到最大值时,b杆的加速度为0,设此时b杆受到的弹簧弹力为,由牛顿第二定律得
联立以上各式解得
(2)以ab杆和弹簧为研究对象,设弹簧弹性势能为,由能量转化与守恒定律

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,在水平面上有两条光滑的长直平行金属导轨MN、PQ,导轨间距离为L,导轨的电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面。质量分别为的两根金属杆a、b跨…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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