如图所示,PQMN与CDEF为两根足够长的固定平行金属导轨,导轨间距为L。PQ、MN、CD、EF为相同的弧形导轨;QM、DE为足够长的水平导轨。导轨的水平部分QM和DE处于竖直向上的匀强

◎ 题目

如图所示,PQMN与CDEF为两根足够长的固定平行金属导轨,导轨间距为L。PQ、MN、CD、EF为相同的弧形导轨;QM、DE为足够长的水平导轨。导轨的水平部分QM和DE处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。a、b为材料相同、长都为L的导体棒,跨接在导轨上。已知a棒的质量为m、电阻为R,a棒的横截面是b的3倍。金属棒a和b都从距水平面高度为h的弧形导轨上由静止释放,分别通过DQ、EM同时进入匀强磁场中,a、b棒在水平导轨上运动时不会相碰。若金属棒a、b与导轨接触良好,且不计导轨的电阻和棒与导轨的摩擦。
(1)金属棒a、b刚进入磁场时,回路中感应电流的方向如何?
(2)通过分析计算说明,从金属棒a、b进入磁场至某金属第一次离开磁场的过程中,电路中产生的焦耳热。

◎ 答案

(1) 回路中感应电流的方向为:QDEMQ    
(2)Q=mgh

◎ 解析

(1)根据楞次定律可判断出,金属棒a、b刚进入磁场时,回路中感应电流的方向为:QDEMQ。 (4分)
(2)金属棒从弧形轨道滑下,机械能守恒,
由:
解出: (2分)
金属棒a、b同时进入磁场区域后,产生感应电流,受到安培力作用,速度发生变化,当a、b棒同速时,回路中磁通量不发生变化,则不产生感应电流,不受安培力作用,金属棒a、b将共同匀速运动。 (4分)
由于a、b棒在水平方向所受合外力为零,故动量守恒,且由题可知:
有:
解得:
方向:水平向右。
所以金属棒a、b将以速度匀速运动。  (4分)
从金属棒a、b进入磁场开始,到金属棒b第一次离开磁场的过程中,系统总能量守恒,由:
  (4分)
解出此过程中电路中产生的焦耳热:Q=mgh (4分)

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,PQMN与CDEF为两根足够长的固定平行金属导轨,导轨间距为L。PQ、MN、CD、EF为相同的弧形导轨;QM、DE为足够长的水平导轨。导轨的水平部分QM和DE处于竖直向上的匀强…”主要考查了你对  【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。

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