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解答题 较难0.4 引用1 组卷174
如图所示,平行金属导轨KM间距为,与水平面夹角为,导轨的上端接有阻值的电阻,下端通过小圆弧形绝缘材料与水平金属导轨平滑对接,轨道MN间距为d,轨道OP间距为。一质量为的导体棒cd在导轨KM上垂直于导轨放置并处于锁定状态。cd棒及其上方区域全部处于与导轨平面垂直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中,cd棒下方至区域内没有磁场。左侧存在竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场.在处锁定一质量为的导体棒ef。质量的导体棒ab垂直于导轨放置,与cd棒相距,由静止释放后沿导轨向下运动,经过cd棒碰撞(碰撞前瞬间解除cd棒的锁定),abcd两导体棒瞬间粘在一起形成abcd棒,继续沿导轨向下运动到达,此时解除ef棒的锁定。已知三个导体棒始终与导轨接触良好,不计金属导轨的电阻,所有导体棒长度,电阻,单位长度的电阻都相等,不计任何摩擦,忽略连接处的能量损失。(重力加速度),求:
(1)与cd棒碰撞前瞬间,ab棒的速度大小;
(2)ab棒与cd棒碰撞后瞬间,abcd棒两端的电势差大小;
(3)如果MN以及NP导轨均足够长,整个运动过程中系统产生的焦耳热的数值。
   
22-23高二下·河北秦皇岛·开学考试
知识点: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 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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如图所示,有一个间距为d = 0.3m的平行光滑金属导轨与水平面成θ = 53°放置,通过光滑圆弧绝缘件与另一个光滑的水平金属导轨平滑对接,其中轨道AABB′部分间距为d,轨道BBDD′部分间距为。在cd棒的下方区域内存在与导轨平面垂直、磁感应强度大小为B1 = 2T的匀强磁场,AACC′之间存在竖直向上、磁感应强度大小为B2 = 1T的匀强磁场。导轨的下端接有阻值为R = 2Ω的电阻,在导轨的上端垂直于导轨用锁定装置锁定有一质量为m2 = 1kg的导体棒cd,长度为L = 0.6m,电阻为r = 4Ω。另有一质量为m1 = 1kg的导体棒ab垂直于导轨,与cd棒相距x1 = 2m,以大小为v0 = 8m/s的速度沿导轨向上,经过t1 = 0.47s,ab棒运动到cd棒位置时,锁定装置解除cd棒的锁定,ab棒与cd棒碰撞合在一起继续向上,经过绝缘件到达AA′时,在BB′由另一个锁定装置锁定的导体棒ef解除锁定,导体棒ef质量为,之后它们分别在各自轨道运动。当棒abcd运动到BB′时,速度已达到稳定,之后被锁定装置锁住,ef棒再运行x3 = 20m到达CC′处。CC′右侧有一根劲度系数k = 1N/m的轻质弹簧水平放置,处于原长,右端固定,左端与一质量为的绝缘棒gh(长度为L)拴接(拴接点在棒gh的中点)。最终ef棒沿水平导轨与gh棒发生碰撞后即刻合在一起,且此后始终做简谐运动。三个导体棒始终与导轨接触良好,不计金属导轨及其他电阻,且所有导体棒长度,电阻,单位长度的电阻都相等,不计任何摩擦,忽略连接处的能量损失。(重力加速度g = 10m/s2,sin53° = 0.8,cos53° = 0.6),求:
(1)ab棒运动到cd棒位置时的速度大小以及碰撞后瞬间棒两端的电势差大小;
(2)整个运动过程中产生的焦耳热;
(3)ef棒和gh棒碰撞后始终做简谐运动,请以两棒碰撞第一次速度变为0时作为计时起点,向右为正方向,写出该简谐运动的振动方程。(已知弹簧振子振动周期公式,其中m为振子质量,k为弹簧劲度系数。可以用Fx图像下的面积代表力F做的功)

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