Question

水平放置足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ相距L=0.3 m，接在MP之間的定值電阻R₀=0.9 Ω；質(zhì)量M=80 g、電阻R=0.3 Ω的金屬棒ab靜止在金屬導(dǎo)軌上，ac、cd和db三段的長度相同、電阻值相等，金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好；導(dǎo)軌和連線的電阻不計(jì)，整個(gè)裝置處在垂直于軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B =1 T，俯視如圖�，F(xiàn)有一質(zhì)量為?m =20 g的黏性橡皮泥，以向右的水平速度v₀ =10 m/s擊中cd段的中央，并在極短時(shí)間內(nèi)粘在棒上一起運(yùn)動(dòng)。?

（1）橡皮泥剛好與金屬棒具有共同速度時(shí)，求金屬棒兩端的電勢(shì)差U_ab；?

（2）金屬棒在向右滑動(dòng)的過程中，當(dāng)加速度大于等于最大值的1/2時(shí)，求電阻R₀的

電功率P.?

Answer 1

(1)橡皮泥擊中金屬棒的過程中，兩者組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)碰撞結(jié)束瞬間的共同速度為v，由動(dòng)量守恒定律有mv₀  =(M + m)v?

解得v =mv₀/(M + m)=2 m/s

對(duì)cd段，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)熱E_cd=BLv=0.6V???

同理可得E_ac = E_db = E_cd = 0.6 V?

回路電流I =E_cd/(R₀+R/3)=0.6 A

U_cd =IR₀ = 0.54 V?

所以U_ab = 2E_cd+U_cd = 1.74 V。

(2)碰撞結(jié)束后，橡皮泥和金屬棒將在安培力F作用下做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，直到速度減為零。其中碰撞結(jié)束瞬間，它們的加速度最大。?

在滑動(dòng)中的任意時(shí)刻，有：F =ILB =B²L²v/(R₀+R/3)=(m+M )a?

由上式可知，當(dāng)加速度等于其最大值的1/2時(shí)，速度v′=v/2=1m/s

此時(shí)：E′_cd=BLv′=0.3 V

I′=E′_cd/(R₀+R/3)=0.3 A?

解得R₀的電功率為P =I′²R₀=0.81 W。