Question

【題目】如圖所示，PQ、MN兩軌道間距L=1 m，其中Pe、Mf段是光滑軌道且ce、df段水平，而eQ、fN段為水平粗糙軌道，同時在efhg區域存在方向豎直向下、磁感應強度B=1 T的勻強磁場，定值電阻R1=2 Ω。現有質量m=1 kg、電阻R2=2 Ω的兩根相同導體棒ab和cd，導體棒cd靜止在水平軌道上，導體棒ab在距cd高H=0.45 m處由靜止釋放，ab棒在光滑軌道上下滑至cd 棒處與其發生彈性碰撞，兩者速度交換后導體棒cd進入勻強磁場區域，在磁場中運動距離x=1.5m后恰好停在磁場右邊界gh處，其中導體棒cd與水平粗糙軌道間的動摩擦因數μ=0.1，g取10 m/s2，不計軌道電阻，求：

（1）導體棒cd進入磁場區域后直至停止，定值電阻R1產生的熱量Q1

（2）導體棒cd進入磁場區域到停止的運動時間t

Answer 1

【答案】（1）0.5J；（2）2.5s

【解析】

（1）導體棒ab由靜止釋放至與cd碰撞前，由動能定理得

兩導體棒發生彈性碰撞后，ab棒靜止，cd棒以v=3 m/s的速度進入磁場區域，導體棒cd在磁場中運動，根據動能定理得

回路產生的總焦耳熱為

代入數據解得

因為定值電阻R1與ab棒并聯后再與cd棒串聯且三者電阻均為2 Ω，三者電流之比為，所以熱量之比為，故定值電阻R1產生的熱量為

（2）電流的大小為

導體棒cd通過的電荷量為

對導體棒cd由動量定理得

聯立上式，代入數據解得