如图所示，MNPQ是一个足够长的处于竖直平面内的固定的金属框架，框架的宽度为L，电阻忽略不计．ab是一根质量为m，有一定电阻的导体，能紧贴框架无摩擦下滑，整个框架平面处于
◎ 题目
| 如图所示，MNPQ是一个足够长的处于竖直平面内的固定的金属框架，框架的宽度为L，电阻忽略不计．ab是一根质量为m，有一定电阻的导体，能紧贴框架无摩擦下滑，整个框架平面处于垂直于框架平面的匀强磁场中，磁感强度为B．当单刀双掷开关S置于1位置时，导体ab恰好静止在框架的某一处．已知电源的电动势为ε，内阻为r． （1）匀强磁场的方向如何？ （2）当开关S置于2位置时，导体ab由静止开始下落，试写出ab下落运动的分析过程，并用所给的物理量表达ab在下落过程中的最大速度． （3）ab达到最大速度的1/2时，其加速度大小是多大？此时ab两端的电压为多少？ （4）如果ab由静止开始下落到达到最大速度所用的时间为t，下落高度为h．试推导则该过程中h和t应满足的不等式关系？  |
◎ 答案
 （1）由左手定则判断得知：磁场方向垂直纸面向内 （2）S接1时，mg=F=BIL=B
S接2时，刚开始ab下落的加速度为g，接着加速运动、同时受重力和安培力作用，由牛顿第二定律得：mg-F=ma 随着的υ的增大，感应电场也随着增大，感应电流也增大，从而使F增大而导致速度a的减小，最终达到和重力的平衡而做匀速运动，因而有：mg=F=BIL=
由①得R代入②整理后得：υm=
（3）由②可知，当ab达到最大速度的
mg-F=ma 解得，a=
又因为，ab切割磁感线产生感应电动势，其电阻相当于电源内阻，而据题意，框架电阻不计，因而外电阻为0，从而使ab两端的电压（端电压）为0． （4）作出ab运动过程的υ-t图线： ab初始加速度为g，即图线在原点的切线斜率为g．运动过程下落距离h即为图线曲线部分所包的“面积”，它介于图示“梯形面积”和“三角形面积”之间． 故有：
将（2）中求的υm值代入得：
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