◎ 题目

相距L=0.8m的足够长金属导轨的左侧为水平轨道，右侧为倾角37°的倾斜轨道，金属棒ab和金属棒cd分别水平地放在两侧的轨道上，如图（a）所示，两金属棒的质量均为1.0kg．水平轨道位于竖直向下的匀强磁场中，倾斜轨道位于沿斜面向下的匀强磁场中，两个磁场的磁感应强度大小相等．ab、cd棒与轨道间的动摩擦因数为μ=0.5，两棒的总电阻为R=1.5Ω，导轨电阻不计．ab棒在水平向左、大小按图（b）所示规律变化的外力F作用下，由静止开始沿水平轨道做匀加速运动，同时cd棒也由静止释放．（sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g取10m/s2） （1）求两个磁场的磁感应强度B的大小和ab棒的加速度a1的大小； （2）已知在2s内外力F做功为18J，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热； （3）写出cd棒运动的加速度a2（m/s2）随时间t（s）变化的函数式a2（t），并求出cd棒达到最大速度所需的时间t0； （4）请在图（c）中画出cd棒受到的摩擦力fcd随时间变化的图象．

◎ 答案

（1）根据牛顿第二定律得： ab棒：F-μmg-FA=m1a1 其中安培力FA=BIL= B2L2a1t R 对ab棒有：m1a1=F-μmg-FA， 结合图象的信息，将t=0时，F=6N、FA=0 代入，可求得a1=1m/s2 a1为定值，则 B2L2a1 R =1.5， 将L=0.8m、R=1.5Ω、a1=1m/s2代入上式，可求得B=1.875T （2）2s末，ab棒的速度υt=a1t=2m/s，位移s= 1 2 a1t2=2m 对ab棒，由能量守恒得     WF= 1 2 mυt2+μm1gs+Q， 可解得Q=6J （3）对cd棒有m2gsin37°-μ（m2gcos37°+FA）=m2a2， 其中FA=BIL= B2L2a1t R 可得a2=2-0.75t a2=0时cd棒的速度最大，此时t=2.67s （4）cd棒受到的摩擦力fcd=μ（m2gcos37°+FA）=4+0.75t 作出fcd随时间变化的图象如图所示． 答： （1）两个磁场的磁感应强度B的大小为1.875T，ab棒的加速度a1的大小为1m/s2； （2）这一过程中两金属棒产生的总焦耳热是6J； （3）cd棒运动的加速度a2（m/s2）随时间t（s）变化的函数式a2（t）为a2=2-0.75t，cd棒达到最大速度所需的时间t0为t=2.67s． （4）在图（c）中画出cd棒受到的摩擦力fcd随时间变化的图象如图所示．

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析，试题“相距L=0.8m的足够长金属导轨的左侧为水平轨道，右侧为倾角37°的倾斜轨道，金属棒ab和金属棒cd分别水平地放在两侧的轨道上，如图（a）所示，两金属棒的质量均为1.0kg．水平轨道…”主要考查了你对  【导体切割磁感线时的感应电动势】，【电磁感应现象中的磁变类问题】，【电磁感应现象中的切割类问题】  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。