
(24-25高二上·浙江杭州·期末)如图所示,两平行光滑长直金属导轨水平放置,间距为L。区域有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向上。初始时刻,磁场外的细金属杆M以初速度
向右运动。磁场内的细金属杆N处于静止状态,且到
的距离为
。两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为
,两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。金属杆M质量为
,金属杆N质量为m,两杆在导轨间的电阻均为R,感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。
(1)求M刚进入磁场时M两端的电压;
(2)N在磁场内运动过程中N上产生的热量;
(3)N刚离开磁场时M在磁场中运动的距离;
(4)N在磁场内运动的时间t。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【知识点】作用的导体棒在导轨上运动的电动势、安培力、电流、路端电压、计算导轨切割磁感线电路中产生的热量、求导体棒运动过程中通过其截面的电量、双杆在等宽导轨上运动问题
【详解】(1)M刚进入磁场时产生的感应电动势
则M两端的电压
(2)由动量守恒定律可知
系统的总热量
解得,
N上产生的热量
(3)对M由动量定理可知
解得M在磁场中运动的距离
(4)对两棒的系统由动量守恒定律
即
解得
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